摘 要：本文研究了一种基于时延编码的远程水声通信技术，该技术利用线性调频（LFM）信号矩形脉冲的时延值进行时延编码，在接收端采用时延估计技术进行时延解码。初步的海试结果表明，该技术可以实现80 km距离、4．6 bit／s数据率的信息可靠传输。
关键词：远程水声通信；时延编码；线性调频
一、引 言
水声通信技术是当代海洋资源开发和海洋环境立体监测系统中的重要技术组成部分，也是我国海洋高技术急待研究开发的项目之一。水声信道是一个十分复杂的时－空－频变信道，其主要特征为：复杂性、多变性、强多途和有限带宽。对于远距离水声传输而言，传播损失引起了接收端的低信噪比。为了实现信息的远程可靠传输，必须寻求一种在低信噪比及存在多途扩展的情况下仍可保证一定数据率的信息可靠传输技术。
二、基于时延编码的水声通信技术
1．相干多途信道的冲击响应函数
相干多途信道的冲击响应函数为
Ai、τi为通过接收点的声线参数：幅度和时延。决定冲击响应函数的声线集合称为本征声线簇。
若声源发射信号为s（t），则在多途信道中的接收波形为
式中右边第一项为直达声，第二项为多次界面反射声或折射声所产生的多途扩展，第三项为干扰噪声。若多途扩展与直达声的时延差大于码元宽度，则它与相继码元波形相重迭并产生干涉，称之为多途“码间干扰”。克服多途码间干扰的简单方法是在码元间留有足够长的等待时间，即要求码元间的时间间隔应大于多途时延扩展，这使得通信速率很 低。
2．信息编码技术
针对水声信道的特点设计一个合理的信号码元形式是高速高可靠性通信链的关键之一。众所周知，线性调频信号具有尖锐的模糊度函数。若线性调频信号的乘积足够大，则它的模糊度函数的主脊非常窄，这样就使得拷贝相关器具有很高的检测性能和时延估计精度。
采用相应的信息编码技术为：在发射端利用线性调频信号（LFM）矩形脉冲的时延值进行时延编码，在接收端采用时延估计技术进行时延解码。不同的时延值代表不同的信息码，时延估计精度越高，编码量化层可分得越细，每个码元携带的信息量也就越大。
考虑如图1所示理想信道中拷贝相关器（即匹配滤波器）的模型。拷贝相关器的参考信号为
式中 A为振幅；
ωL为最低频率；
T为脉宽；
B为带宽，β＝B／T为调频斜率；
t0为接收信号的时延。
t0中扣除信号的传播时延后即为代表信息的时延编码值。易知拷贝相关器的输出为
式中，ω0＝ωL＋πB为中心频率。当τ＝t0时，相关器输出达到最大值。因此，只要检测出相关器输出的峰值就可得出时延值t0。
3．发射码的格式
采用发射码的格式如图2所示，其中信息码格式如图3所示。
其中，7T0＋T＝T2，T0为时隙，T为信号持续时间。
三、海上试验
试验中采用如图2和图3所示的发射码和信息码格式，为了进一步抑制多径造成的码间干扰，相邻2个码元之间选用不同调频斜率的LFM信号。具体地说，奇数帧用正调频，偶数帧用负调频。无信号时间填充无用频率2．12 kHz。
采用线性调频脉冲（2 s）作为同步信号，发射信号也为线性调频脉冲。选取线性调频脉冲中心频率为2 kHz，带宽为200 Hz。选取不同的线性调频脉冲信号长度T和不同的时隙T0进行发射，可以得到不同的传输数据率。
试验中有关记录见表1。
以80 km距离下4．6 bit／s传输速率时的接收数据为例，给出接收信号波形、时频分析结果和拷贝相关器输出分别如如图4～6所示。
海上试验中，对于80 km传播距离，4．6 bit／s和3．0 bit／s的传输速率，正确解码率均为100％。
四、结 论
海试结果表明，80 km采用线性调频（LFM）时延编码的数据率可达4．6 bit／s，正确解码概率100％。数据分析表明，远距离传输采用的时间编码要求较大的时隙，合理地设置信号脉宽和时隙可进一步提高数据率。
参考文献
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