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簡述水聲通信機的設計難點

更新時間:2022-09-14  |  點擊率:1740
  水聲通信機是一項在水下收發(fā)信息的技術,采用擴頻通信技術,如CDMA等。工作原理是將文字、語音、圖像等信息,通過電發(fā)送機轉換成電信號,并由編碼器將信息數(shù)字化處理后,換能器又將電信號轉換為聲信號。
 
  頻率越低的聲信號在水下有效傳播距離越遠,但在低頻率下,可用于通信的帶寬非常有限,這就導致水聲通信難以同時滿足高速率和遠距離這兩大需求。不但如此,水聲通信還同時面臨鏈路質量差、傳播延遲高和惡劣多普勒效應等棘手問題。與陸地5G移動通信在高速鐵路上的應用場景類似,水下潛器應用場景中,通信收發(fā)端的相對位置移動會帶來多普勒頻移,嚴重影響通信設備的正確解碼。由于聲速遠小于電磁波速,且聲波頻率遠低于電磁波頻率,因此盡管水下潛器的運動速度遠低于高鐵的運動速度,但其對水聲通信信號造成的多普勒頻移卻是巨大的。
 
  水聲通信機采用自主設計的抗多普勒頻移水聲通信算法,允許收發(fā)相對運動速度為18.8節(jié),使得本設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,達到了265.36kbps×km的通信速率距離乘積。
 
  本設備自身的正交多載波調制特點,決定了其對同步誤差十分敏感。能否實現(xiàn)準確的符號定時同步和載波頻率同步,將直接影響到OFDM通信系統(tǒng)的性能。由于線性調頻(Linear Frequency Modula-TIon,LFM)信號具有良好的時頻聚集性,使得LFM信號適合作為水聲通信機的定時同步信號。在接收端,利用LFM信號的自相關特性檢測其相關峰的位置,可以實現(xiàn)OFDM水聲通信系統(tǒng)的定時同步。

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