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簡述水聲通信機(jī)的設(shè)計(jì)難點(diǎn)

更新時(shí)間:2022-09-14  |  點(diǎn)擊率:1527
  水聲通信機(jī)是一項(xiàng)在水下收發(fā)信息的技術(shù),采用擴(kuò)頻通信技術(shù),如CDMA等。工作原理是將文字、語音、圖像等信息,通過電發(fā)送機(jī)轉(zhuǎn)換成電信號,并由編碼器將信息數(shù)字化處理后,換能器又將電信號轉(zhuǎn)換為聲信號。
 
  頻率越低的聲信號在水下有效傳播距離越遠(yuǎn),但在低頻率下,可用于通信的帶寬非常有限,這就導(dǎo)致水聲通信難以同時(shí)滿足高速率和遠(yuǎn)距離這兩大需求。不但如此,水聲通信還同時(shí)面臨鏈路質(zhì)量差、傳播延遲高和惡劣多普勒效應(yīng)等棘手問題。與陸地5G移動通信在高速鐵路上的應(yīng)用場景類似,水下潛器應(yīng)用場景中,通信收發(fā)端的相對位置移動會帶來多普勒頻移,嚴(yán)重影響通信設(shè)備的正確解碼。由于聲速遠(yuǎn)小于電磁波速,且聲波頻率遠(yuǎn)低于電磁波頻率,因此盡管水下潛器的運(yùn)動速度遠(yuǎn)低于高鐵的運(yùn)動速度,但其對水聲通信信號造成的多普勒頻移卻是巨大的。
 
  水聲通信機(jī)采用自主設(shè)計(jì)的抗多普勒頻移水聲通信算法,允許收發(fā)相對運(yùn)動速度為18.8節(jié),使得本設(shè)備具備搭載在水下高速潛器上工作的能力。在船速4~6節(jié)的條件下,實(shí)現(xiàn)了通信距離6.2km、通信速率42.8kbps的分布式MIMO水聲通信數(shù)據(jù)傳輸,達(dá)到了265.36kbps×km的通信速率距離乘積。
 
  本設(shè)備自身的正交多載波調(diào)制特點(diǎn),決定了其對同步誤差十分敏感。能否實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的符號定時(shí)同步和載波頻率同步,將直接影響到OFDM通信系統(tǒng)的性能。由于線性調(diào)頻(Linear Frequency Modula-TIon,LFM)信號具有良好的時(shí)頻聚集性,使得LFM信號適合作為水聲通信機(jī)的定時(shí)同步信號。在接收端,利用LFM信號的自相關(guān)特性檢測其相關(guān)峰的位置,可以實(shí)現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時(shí)同步。

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