国内外水声通信研究现状概述
时间:2017-06-15 20:13 来源:毕业论文 作者:毕业论文 点击:次
| 水声通信是一项在水下收发信息的技术。水下通信有多种方法，但是最常用的是使用水声换能器。水下通信非常困难，主要是由于通道的多径效应、时变效应、可用频率宽窄、信号衰减严重，特别是在长距离传输中。水下通信相比有线通信来说速率非常低，因为水下通信采用的是声波而非无线电波。常见的水声通信方法是采用扩频通信技术，如CDMA等。目前水声通信技术发展的已经较为成熟，国外很多机构都已研制出水声通信Modem，通信方式目前主要有：OFDM，扩频以及其它的一些调制方式[4]。此外，现在水声通信技术已发展到网络化的阶段，将无线电中的网络技术（Ad Hoc）应用到水声通信网络中，可以在海洋里实现全方位、立体化通信（可以与AUV、UUV等无人设备结合使用），但目前只有少数国家试验成功。10220 水声通信技术虽然已有多年的研究史，但直到20世纪80 年代，特别是在通信技术和计算机技术的飞速发展给水声通信的研究提供了强大的技术支持之后。水声通信技术的研究手段和方法才发生了根本的变化，水声通信的面貌焕然一新。现代高速数字水声通信系统的设计往往要同时研究海洋声学以及通信工程这两个方面，即在研究如何将无线电磁波通信中的成熟技术应用到水声通信中来的同时，研究水声信道不利因素对信号的影响而提出新的特殊的信号处理方法。人们已经提出了许多水声通信信号处理的特殊方法，而且，过去几年的广泛研究已经使水声通信成为应用工程学中的一个重要研究领域[5]。 考虑到水声信道对通信系统信号传输的影响，在20 世纪90 年代之前的水声通信系统主要采用多频键控( MFSK) 调制解调技术。由于其采用能量检测，因此MFSK 系统对于时间和频率扩展的信道来说是相当稳健的.虽然非相干MFSK 在中等数据率和强多径干扰、快速相位变化的水声信道中是一种很好的调制解调方法。但其频带利用率很低，不超过0. 5 ( bit / s) / Hz。为了提高频带利用率，在最近的几年中水声通信领域转向相位相干调制技术。相对于非相干系统来说， 相位相干水声通信系统在过去的十几年内已经取得了相当大的进展。其中具有里程碑意义的是在PSK 接收机中使用了判决反馈均衡，结合数字锁相环( phase locked lo op, PLL) 结构[6]。在此基础上，类似的相干系统与均衡器结构得到了广泛的应用。近些年来， 相干接收机研究的重点在于减小接收机算法的计算复杂度或提高均衡器的跟踪能力，研究者们提出并测试了大量的针对载波相位同步联合均衡器结构的改进方法。当水声信道的多径时延较长，即时间弥散比符号速率大得多，导致严重的码间干扰( ISI) 时，时域均衡器的计算复杂度随信道弥散长度的增加而增长。均衡器的实现将变得复杂，甚至难以实现。 进入21 世纪以来，水声通信技术的进步更加显著，特别是随着电子技术和商用DSP技术的快速发展，以水声调制解调器和组网通信技术为典型的规范化产品的开发和应用正得到重视和逐步投入应用。如：如美国国际水下公司为潜水员开发的8通道水下无线对讲机SSB-1001B和STX-101M系统，无需手的操作，可在潜泳的同时进行语音通信[7]。现已装备美国海军和英国皇家海军。新开发的MAGNACOM系统通信距离可达5英里。Datasonics公司的ATM800系列通信速率1200bps，通信距离10km。Newcastle大学开发的AM200水声调制解调器可直接与计算机串口相连，以9600，19200的速率在2公里的范围内通信。LinkQuset公司UWM系列产品与AM200有相似的功能，其中UWM7000在通信速率5500bps时，通信距离可达7公里[8]。 国内发展 80年代中后期哈工程大、声学所、厦门大学先后进行了数字水声通信的研究。中科院声学研究所从事的高速水声通信技术研究，厦门大学利用跳频技术实现了实时的语音通信。九十年代末至本世纪初，又有715所、西工大等单位先后开展了水声通信技术的研究，其中西工大学主要研究水雷的远程遥控技术；6971厂和中科院声学所还引进消化了白俄罗斯的扩谱通信技术，并以此为基础进行了通信声纳型号的研制； 715所在863项目的支持下，取得的水声通信的指标分别为：波特率300bps、通信距离30公里、误码率10-4和波特率1200bps通信距离5公里、误码率10-4，时反镜通信试验成功地实现了2400bps的指标。东南大学对水声通信网络中数据链路传输协议等进行了仿真研究。哈尔滨工程大学的研究内容涉及信道仿真技术，MFSK、QPSK调制、多频编码、自适应均衡等技术，在湖上和海洋进行了长距离数据和图像传输[9]。 (责任编辑：qin) |