[发明专利]一种移动水声通信方法

说明书

(一)技术领域

本发明涉及的是水声通信领域，更确切地说，涉及一种实现水声空分多址的方法。

(二)背景技术

空分多址法在无线电中采用智能天线技术，通过窄波束获得高增益，且可定向通信。其实现过程是通过收、发天线阵通过波束角对准，从而将其它节点的通信置为阻塞状态，实现定向通信。而在水声通信领域，由于声信道特性十分复杂，带宽窄、载频低，难以采用阵列处理方式实现空分多址，且阵处理系统复杂性高，难以满足网络化水声通信中对节点追求结构简单、低功耗的要求，所以至今空分多址技术在水声通信领域研究甚少。

时间反转镜(Time Reversal Mirror，TRM)技术是近几年来在水声信号处理方面出现的一项新技术，其最大的优点是在没有任何环境先验知识的情况下可自适应匹配声信道，引导了空间聚焦和时间压缩，减小复杂声信道多途干扰的影响。若能利用单阵元被动式时间反转镜技术的声信道识别能力，聚集期望用户信号、屏蔽其它多址干扰，则可开发出具有水声特色的基于单阵元的空分多址技术。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种可利用水声信道复杂特性及被动式时间的聚焦、屏蔽性能，实现基于单个水听器实现的一种移动水声通信方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)各用户子节点布放于不同的水平或垂直位置，可保证它们与主节点间的信道冲激响应之间相关性很弱，从而自然满足了空分多址技术的使用条件；

(2)采用被动式时间反转镜技术，选取不同的扩频码作为不同通信用户节点的探测信号；

(3)接收到的探测码分别进行预处理(接收到的探测码时间反转后与各用户的探测码进行卷积)；

(4)接收到的信息码信号分别与各用户经过预处理的接收到的探测码进行卷积，则可以利用被动式时间反转镜的聚焦、屏蔽性能，抑制多址干扰，分离出各用户信息。

为实现本发明的目的，克服多址干扰，本发明利用不同节点间信道之间的弱相关性，采用单阵元被动式时间反转镜技术，提出一种具有水声特色的空分多址方法。

本发明的优点是可以利用单个水听器实现水声空分多址通信。

(四)附图说明

图1是单阵元被动式时间反转镜处理流程图；

图2、3、4是虚拟式时间反转镜多用户通信聚焦屏蔽图，其中：图2为用户I，r₁＝10km，z₁＝21m；图3为用户II，r₂＝10km，z₂＝31m；图4为用户III，r₃＝10km，z₃＝41m。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

水声信道的复杂性为实现高质量水声通信及组网带来了很多障碍，但若能利用其独有的特性将会为实现空分多址带来新的机遇。水声信道的系统函数对声源和接收点的相对位置十分敏感。在水声通信网中，各节点的水平距离和垂直深度、海面和海底起伏等因素是大为不同的，这致使各节点间的信道冲激响应函数之间相差较大，即互相关性较弱，从而自然满足了空分多址技术的研究条件。

时间反转镜技术在没有任何先验知识的情况下具有自适应匹配声信道的特性。被动式时间反转镜只需要具有接收功能、单向传输即可实现，回避了主动式时间反转镜阵元需要收发合置并需要双向传输才能实现的繁琐性，而单阵元则进一步减弱了阵处理系统的复杂性，适于满足水声通信节点追求结构简单、低功耗的要求。利用不同节点间信道冲激响应函数的弱相关性，从而可通过TRM聚焦期望用户信号而屏蔽其他多用户干扰，即可基于时间反转镜技术实现空分多址。

下面对单阵元TRM聚焦期望用户信号、屏蔽其他多用户干扰的原理进行分析研究。

由于上行通信中各用户子节点同时向主节点发送信息，相对于下行通信要复杂的多，所以下面仅分析上行通信。对于上行通信，主节点处接收信号为来自各用户的叠加，为便于讨论，假设有K个用户信号同时到达主节点(若非同时到达，本发明效果会更佳)，则接收信号可表示为：