水声多径与信道研究 .ppt

* 抗幅度衰落技术 分集接收的基本思想： 将接收到的多途信号分离成不相干(独立)的多路信号，然后将这些多路信号的能量按照一定的规则合并起来，使接收的有用信号能量最大，从而提高接收端的信噪功率比，对数字系统而言，使误码率最小。 分集技术包括两个方面： 如何把接收的多途信号分离出来，使其互不相关。 将分离出的多途水声信号怎样合并起来，获得最大的信噪比。 * 抗幅度衰落技术 多途信号之所以难以分离，问题在于它们是相关或相干的信号。数字系统经常采用时间分集一交织技术来提高抗衰落性能。 分集是信道补偿的另一种技术，通常需要多个接收机来实现。当它和均衡器一起使用时，通信的质量将有极大提高，并且无需增加发射功率或带宽。 * 抗码间干扰技术 自适应均衡技术 从广义上来讲，均衡可以指任何用来消弱码间干扰的信号处理操作，由于水声信道具有随机性和时变性，这就要求均衡器必须能够实时地跟踪水声通信信道的时变特性，而这种均衡器又被称为自适应均衡器。位于接收机处的均衡器通过递归算法来评估信道特性，并且修正滤波器的系数以便对信道做出相应的补偿。均衡器从调整参数至形成收敛，整个过程的时间跨度是均衡器算法、结构和水声多径信道变化率的函数。 * 抗码间干扰技术 使用自适应均衡器的通信系统结构框图 * 抗码间干扰技术 扩频抗多径技术 扩频系统抗多径的基本方法：通过合理设计系统的参数，来分离多途和利用多途从而改善系统的性能。扩频多途接收机是分集接收机的一种特别形式，它不是利用在时域、空域和频域上设计出来的分集支路，而是直接利用从发射机到接收机之间自然形水声信道抗多途跳频通信中同步技术的研究成的多条“分集支路”。 * 抗码间干扰技术 水声通信中扩频技术主要有直接序列扩频和跳频两种。 直接序列扩频：简称直扩，它直接用高速的扩频码序列在发送端扩展信号频谱，在接收端用相同的扩频码序列去进行解扩，把展宽的扩频信号还原成原始的信息。 跳频：用扩频码序列去进行频移键控调制，使载波频率不断地跳变。在接收端，为了解调跳频信号，需要有与发送端完全相同的本地扩频码发生器去控制本地频率合成器，使其输出的跳频信号能在混频器中与接收信号差频出固定的中频信号，然后经中频带通滤波器及信息解调器输出恢复的信息。 * 抗码间干扰技术 跳频抗多途的基本原理：若发射的信号载频频率为f0，当存在多途传播环境时，因多途延时的不同，信号到达接收端的时间有先有后。若接收机在收到最先到达的信号之后立即将载波频率跳变到另一个频率为上，则可避免由于多途延时引起接收信号的码间干扰(ISI)。为此,要求跳频信号驻留时间小于多途延时时间差，换句话说，要求跳频的速率应足够快。 跳频抗衰落是指抗频率选择性衰落。当跳频的频率间隔大于信道相关带宽时，可使各个跳频驻留时间内的信号相互独立，即在不同的载波频率上同时发生衰落的可能性很小。 * 抗码间干扰技术 扩频多途接收机与自适应均衡技术的差别： 自适应均衡技术通常用于多途不能分离的场合。 扩频技术可以有效地消除码间干扰，其分集合并的特性是隐含的。 水声多径信道模型 1 * * 水声多径信道模型 声线理论是发展最早，也是数学上最简单、物理上最直观的声场分析方法。由于声线理论以下特点，在建立水声多径信道模型时，一般都基于声线理论。 在声线理论下，对声场的描述是通过声线进行的。 由声源辐射的声能量沿声线向四周传播，其中部分声线按一定路径传播而到达接收点，这些声线称为本征声线，接收点处的声场是所有这些本征声线的叠加结果。 * 水声多径信道模型 对于某一实际的海域，当己知海洋环境的声速梯度、发射机和接收机各自的海深，二者之间的距离等海洋环境参数时，即可根据声线理论，计算出接收机处的本征声线。设本征声线有p条，则我们认为水声多径信道有p条路径。可得到水声多径信道的脉冲响应为: 其中 和 分别是对应于不同路径（即不同的本征声线）的传播衰减系数与相对时延，它们可以由己知的环境参数计算而得。p(t)一般是升余弦脉冲。 * 水声多径信道模型 如果是为了研究应用于水声通信的一些算法的性能，并且没有具体的水声通信环境参数的时候，代表第i条路径的传播衰减系数 ，其值可以根据经验值来选取。如果在建立信道模型时，采用狭义定义下的信道，则p(t) 为δ(t)，如果采用广义定义下的信道，则p(t)一般是升余弦脉冲 * 参考文献： [1]惠俊英,生雪莉.水下声信道(第二版)[M].北京:国防工业出版社, 2007. [2]吴开明.水下声信道的仿真与应用研究[D].哈尔滨:哈尔滨工程大学,2005. [3]金艳.水声多径信道特性及抗多径盲均衡技术研究[D].西北工业大学,2003. [4]许克平，许天增.