摘　要：本文研究了一種基于時延編碼的遠程水聲通信技術(shù)，該技術(shù)利用線性調(diào)頻（LFM）信號矩形脈沖的時延值進行時延編碼，在接收端采用時延估計技術(shù)進行時延解碼。初步的海試結(jié)果表明，該技術(shù)可以實現(xiàn)80 km距離、4．6 bit／s數(shù)據(jù)率的信息可靠傳輸。
    關(guān)鍵詞：遠程水聲通信；時延編碼；線性調(diào)頻

一、引　言
　　水聲通信技術(shù)是當代海洋資源開發(fā)和海洋環(huán)境立體監(jiān)測系統(tǒng)中的重要技術(shù)組成部分，也是我國海洋高技術(shù)急待研究開發(fā)的項目之一。水聲信道是一個十分復雜的時－空－頻變信道，其主要特征為：復雜性、多變性、強多途和有限帶寬。對于遠距離水聲傳輸而言，傳播損失引起了接收端的低信噪比。為了實現(xiàn)信息的遠程可靠傳輸，必須尋求一種在低信噪比及存在多途擴展的情況下仍可保證一定數(shù)據(jù)率的信息可靠傳輸技術(shù)。
二、基于時延編碼的水聲通信技術(shù)
    1．相干多途信道的沖擊響應函數(shù)
    相干多途信道的沖擊響應函數(shù)為

　　A_i、τ_i為通過接收點的聲線參數(shù)：幅度和時延。決定沖擊響應函數(shù)的聲線集合稱為本征聲線簇。
　　若聲源發(fā)射信號為s（t），則在多途信道中的接收波形為

　　式中右邊項為直達聲，第二項為多次界面反射聲或折射聲所產(chǎn)生的多途擴展，第三項為干擾噪聲。若多途擴展與直達聲的時延差大于碼元寬度，則它與相繼碼元波形相重迭并產(chǎn)生干涉，稱之為多途“碼間干擾”。克服多途碼間干擾的簡單方法是在碼元間留有足夠長的等待時間，即要求碼元間的時間間隔應大于多途時延擴展，這使得通信速率很 低。
    2．信息編碼技術(shù)
　　針對水聲信道的特點設(shè)計一個合理的信號碼元形式是高速高可靠性通信鏈的關(guān)鍵之一。眾所周知，線性調(diào)頻信號具有尖銳的模糊度函數(shù)。若線性調(diào)頻信號的乘積足夠大，則它的模糊度函數(shù)的主脊非常窄，這樣就使得拷貝相關(guān)器具有很高的檢測性能和時延估計。
　　采用相應的信息編碼技術(shù)為：在發(fā)射端利用線性調(diào)頻信號（LFM）矩形脈沖的時延值進行時延編碼，在接收端采用時延估計技術(shù)進行時延解碼。不同的時延值代表不同的信息碼，時延估計越高，編碼量化層可分得越細，每個碼元攜帶的信息量也就越大。

    考慮如圖1所示理想信道中拷貝相關(guān)器（即匹配濾波器）的模型?？截愊嚓P(guān)器的參考信號為

式中　A為振幅；
      ω_L為頻率；
      T為脈寬；
      B為帶寬，β＝B／T為調(diào)頻斜率；
　　  t₀為接收信號的時延。
　　  t₀中扣除信號的傳播時延后即為代表信息的時延編碼值。易知拷貝相關(guān)器的輸出為

式中，ω₀＝ω_L＋πB為中心頻率。當τ＝t₀時，相關(guān)器輸出達到值。因此，只要檢測出相關(guān)器輸出的峰值就可得出時延值t₀。
    3．發(fā)射碼的格式
　　采用發(fā)射碼的格式如圖2所示，其中信息碼格式如圖3所示。

　　其中，7T₀＋T＝T₂，T₀為時隙，T為信號持續(xù)時間。
三、海上試驗
　　試驗中采用如圖2和圖3所示的發(fā)射碼和信息碼格式，為了進一步抑制多徑造成的碼間干擾，相鄰2個碼元之間選用不同調(diào)頻斜率的LFM信號。具體地說，奇數(shù)幀用正調(diào)頻，偶數(shù)幀用負調(diào)頻。無信號時間填充無用頻率2．12 kHz。
　　采用線性調(diào)頻脈沖（2 s）作為同步信號，發(fā)射信號也為線性調(diào)頻脈沖。選取線性調(diào)頻脈沖中心頻率為2 kHz，帶寬為200 Hz。選取不同的線性調(diào)頻脈沖信號長度T和不同的時隙T₀進行發(fā)射，可以得到不同的傳輸數(shù)據(jù)率。
　　試驗中有關(guān)記錄見表1。

　　以80 km距離下4．6 bit／s傳輸速率時的接收數(shù)據(jù)為例，給出接收信號波形、時頻分析結(jié)果和拷貝相關(guān)器輸出分別如如圖4～6所示。
　　海上試驗中，對于80 km傳播距離，4．6 bit／s和3．0 bit／s的傳輸速率，正確解碼率均為100％。

四、結(jié)　論
　　海試結(jié)果表明，80 km采用線性調(diào)頻（LFM）時延編碼的數(shù)據(jù)率可達4．6 bit／s，正確解碼概率100％。數(shù)據(jù)分析表明，遠距離傳輸采用的時間編碼要求較大的時隙，合理地設(shè)置信號脈寬和時隙可進一步提高數(shù)據(jù)率。

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