[发明专利]基于线性调频的水声抗多普勒多载波调制解调方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及一种水声通信技术，特别涉及一种基于线性调频导频的水声抗多普勒多载波调制解调方法和装置。

背景技术

随着人类对资源需求的急速增长，了解、开发和利用海洋资源成为维持人类进一步发展的重要途径。海洋蕴藏着丰富的资源，是地球的蓝宝石，而海洋开发与水声通信技术有着密切的关联。陆地通信技术的日渐成熟，为海洋通信技术提供了技术保障与支持。随着各国对海洋研究与探索力度的加大，水声通信技术有了长足的发展和进步，成为国内外科学家研究的热点。

但是，海洋通信依靠声信号传输信息，海洋的复杂环境如海水的密度、温度、深度、含盐度等在很大程度上影响了声信号的损耗。跟无线陆地信道不同，海洋水声信道是一个相对复杂的时空变化信道：低速，环境复杂，带宽窄，多途效应显著，尤其是多普勒效应严重影响着通信的质量。多普勒效应对信号的影响是载波频率的偏移和时间宽度的压扩，其频偏Δf可以表示为：

式中f_c为载波频率，V_声为声速，v为收发平台相对运动速度，θ为运动速度与信号传输方向的夹角。如表1所示，是浅海水声信道和陆地GSM无线电信号的特性比较表格：

参数 GSM900信道 浅海水声信道 载波频率 900MHz 5KHz-50KHz 信道带宽 200KHz 10KHz 波速 3×10⁸m/s 1500m/s 发射、接收端相对移动速度 50km/h 10km/h 多普勒因子 4.6×10^-81.85×10^-3

表1

从表1可以看出，水声信道的带宽比无线电信道的带宽小得多，同时由于 水声信道载波的速度远小于陆地无线电信道的电磁波速度，导致水声通信的多径时延和多普勒因子都与陆地无线电信道相差了多个数量级。另外水底环境的复杂性也加大了多普勒频偏问题。为了解决带宽问题，需要研究一种高效的通信模式，例如陆上的正交频分复用技术(OFDM)，但由于水声信道中的多普勒频偏问题更为严重，所以不能把陆上成熟的通信模式原封不动的移至水声通信中，必须加以改进或者提出更适合水声通信的方法。