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简述水声通信机的设计难点

发布时间:2022-09-14   点击次数:20次
  水声通信机是一项在水下收发信息的技术,采用扩频通信技术,如CDMA等。工作原理是将文字、语音、图像等信息,通过电发送机转换成电信号,并由编码器将信息数字化处理后,换能器又将电信号转换为声信号。
 
  频率越低的声信号在水下有效传播距离越远,但在低频率下,可用于通信的带宽非常有限,这就导致水声通信难以同时满足高速率和远距离这两大需求。不但如此,水声通信还同时面临链路质量差、传播延迟高和恶劣多普勒效应等棘手问题。与陆地5G移动通信在高速铁路上的应用场景类似,水下潜器应用场景中,通信收发端的相对位置移动会带来多普勒频移,严重影响通信设备的正确解码。由于声速远小于电磁波速,且声波频率远低于电磁波频率,因此尽管水下潜器的运动速度远低于高铁的运动速度,但其对水声通信信号造成的多普勒频移却是巨大的。
 
  水声通信机采用自主设计的抗多普勒频移水声通信算法,允许收发相对运动速度为18.8节,使得本设备具备搭载在水下高速潜器上工作的能力。在船速4~6节的条件下,实现了通信距离6.2km、通信速率42.8kbps的分布式MIMO水声通信数据传输,达到了265.36kbps×km的通信速率距离乘积。
 
  本设备自身的正交多载波调制特点,决定了其对同步误差十分敏感。能否实现准确的符号定时同步和载波频率同步,将直接影响到OFDM通信系统的性能。由于线性调频(Linear Frequency Modula-TIon,LFM)信号具有良好的时频聚集性,使得LFM信号适合作为水声通信机的定时同步信号。在接收端,利用LFM信号的自相关特性检测其相关峰的位置,可以实现OFDM水声通信系统的定时同步。
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