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声 学 技 术 Technical Acoustics 基于MATLAB 和软件调制解调的跳频水声通信系统研究 周胜勇, 颜国雄, 童 峰* 厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，厦门，福建 FH acoustic communication system based on MATLAB and Software modulation-demodulation ZHOU Sheng-yong YAN Guo-xiong TONG Feng (Key laboratory of underwater acoustic communication and marine inf ormation technology of the ministry of education (X iamen University) , Xiamen 361005) 统结构，发射端通过软件编程直接频率合成将数据 1 引 言 流调制在设定好的跳频序列的各个频点上，然后通 水声信道特别是浅海水声信道具有的强烈多 过功率放大和换能器发射出去；接收端经过低噪声 途、强噪声、强起伏等恶劣的传输条件使得高性能 的前置放大、带通滤波及自动增益控制(AGC)处理 的水声通信系统设计成为一项世界范围内具有很 后，进行同步的提取并根据同步信号按照跳频图案 强挑战性的工作。跳频技术通过跳频序列排列形成 进行数据的解调，最后形成接收数据流。其中发射 的信道清空时间(clear time)提供了一种抗多途造 端D/A 之前和接收端A/D 之后的部分通过Matlab 成的码间干扰的有效途径，也是当前国内外水声通 平台上的软件编程在PC 机中实现，A/D 和D/A 通 [1] 信领域研究的一个重要领域 。 过PC 机内数据采集卡完成。 [2] 软件无线电的基本思想 从其提出以来在无线 通信的各个领域都得到了广泛的发展和应用。对于 具有强烈时－空－频参变特性的水声信道，软件无 线电的思想将使得随着信道条件的变化调整工作 模式、参数变得方便，从而为恶劣信道条件下高性 能水声通信系统的发展开辟了新的方向，同时水声 通信所用频带相对较低也使得在水声通信中采用 软件无线电方案的难度低于无线电磁波信道中的 软件无线电技术。 图1、系统发射、接收原理框图 MATLAB 软件是美国MathWorks 公司推出的 3、抗起伏前置处理 一套高性能的数值计算和可视化软件, 它集数值 分析、矩阵运算、信号处理和图形显示于一体, 是 一个极其方便的、用户界面友好的操作环境。借助 MATLAB软件的强大功能、特别是其提供的数字信 号处理、数据采集等、GUI设计等工具箱，本文设 计了用于浅海信道的跳频水声通信系统，介绍了模 拟前置处理、同步捕获、数据解码等技术方案的实 现，最后给出了系统的初步海试结果。 图2 、抗起伏处理原理框图 经水声信道传输后的接收信号幅度大小除与 接收距离、信号频率等参数有关外，还与水声信道 2 、系统描述 多径干扰形成的幅度衰落有关，从而使信号检测性 图 1 所示为本文研究的跳频水声通信系统的系 能急剧下降。针对这个问题，本文采用 AGC 自