一种水声信道仿真设计方法
【摘要】本文提出了一种通过改变脉冲响应估算时间从而进行水声信道仿真（EUAC）的方法，该方法不需要海上试验就能对任一特定信号的通信方案进行信道输出估计，因此节省了时间和资源。这种方法首先需要进行一组海上试验。在每一次试验中，发送特定的窄带自相关信号，然后记录它们的响应，这样可以得到真实信道的冲激响应、多普勒漂移和相移的估计。应用这组海试结果建立一个EUAC数据库，该数据库将有助于在不经过海上试验的条件下对各种通信方法的性能进行评估。
【关键词】水声信道;数学模型;仿真
1.引言
本文描述了一种测量和仿真水声信道的方法，该方法能够用来建立一个仿真信道数据库。研究发现，特定信号的仿真信道响应（ECR）与真实信道响应具有典型的高相关性（大于80%）。适合测量信道冲激响应的波形，其自相关函数几乎接近一个脉冲。这意味着所使用的测试信号应具有尽可能宽的带宽。为了增加测试信号波形的功率，并使其超过极短单脉冲功率，需要用到一个带有高时间带宽积的信号波形。
对于特定信号的水声信道仿真（EUAC），我们假定信道是线性时不变（LTI）系统，因此，在信道冲激响应评估前，应对所有信道的非线性和时变特征进行单独评估和修正。随后，这些特征将被加入到仿真信号。
本论文提出的信道仿真方法包括两个阶段：（1）冲激响应和信道特征评估，仿真处理和数据库建立。（2）挑选及核查被仿真信道，在精选的仿真信道和在任何想要的信噪比的噪声条件下发射一个特定信号。
2.水声信道的特征
水下声信道是具有时变、频率选择性、空间不相关特征的加性有色高斯噪声信道，对特定频率和距离的声波具有较强的吸收，加之多途现象，从而导致信号衰减。水声信道的特征在以下分节中进行描述。
2.1 多普勒频移
接收机与发射机的相对运动或者介质运动（在不可忽略的流动条件下）可以改变声波通过信道的频率。这种在载波信号中频域和时域的明显改变就叫做多普勒频移。
假设声源和观察者的相对速度（v）远小于声速（c），则被观测的声波频率[1]由下式表示：
一种水声信道仿真设计方法 【摘要】本文提出了一种通过改变脉冲响应估算时间从而进行水声信道仿真（EUAC）的方法，该方法不需要海上试验就能对任一特定信号的通信方案进行信道输出估计，因此节省了时间和资源。这种方法首先需要进行一组海上试验。在每一次试验中，发送特定的窄带自相关信号，然后记录它们的响应，这样可以得到真实信道的冲激响应、多普勒漂移和相移的估计。应用这组海试结果建立一个EUAC数据库，该数据库将有助于在不经过海上试验的条件下对各种通信方法的性能进行评估。 【关键词】水声信道;数学模型;仿真 1.引言 本文描述了一种测量和仿真水声信道的方法，该方法能够用来建立一个仿真信道数据库。研究发现，特定信号的仿真信道响应（ECR）与真实信道响应具有典型的高相关性（大于80%）。适合测量信道冲激响应的波形，其自相关函数几乎接近一个脉冲。这意味着所使用的测试信号应具有尽可能宽的带宽。为了增加测试信号波形的功率，并使其超过极短单脉冲功率，需要用到一个带有高时间带宽积的信号波形。 对于特定信号的水声信道仿真（EUAC），我们假定信道是线性时不变（LTI）系统，因此，在信道冲激响应评估前，应对所有信道的非线性和时变特征进行单独评估和修正。随后，这些特征将被加入到仿真信号。 本论文提出的信道仿真方法包括两个阶段：（1）冲激响应和信道特征评估，仿真处理和数据库建立。（2）挑选及核查被仿真信道，在精选的仿真信道和在任何想要的信噪比的噪声条件下发射一个特定信号。 2.水声信道的特征 水下声信道是具有时变、频率选择性、空间不相关特征的加性有色高斯噪声信道，对特定频率和距离的声波具有较强的吸收，加之多途现象，从而导致信号衰减。水声信道的特征在以下分节中进行描述。 2.1 多普勒频移 接收机与发射机的相对运动或者介质运动（在不可忽略的流动条件下）可以改变声波通过信道的频率。这种在载波信号中频域和时域的明显改变就叫做多普勒频移。 假设声源和观察者的相对速度（v）远小于声速（c），则被观测的声波频率[1]由下式表示：
毕业论文（设计）原创性声明 本人所呈交的毕业论文（设计）是我在导师的指导下进行的研究工作及取得的研究成果。据我所知，除文中已经注明引用的内容外，本论文（设计）不包含其他个人已经发表或撰写过的研究成果。对本论文（设计）的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中作了明确说明并表示谢意。 作者签名：日期： 毕业论文（设计）授权使用说明 本论文（设计）作者完全了解红河学院有关保留、使用毕业论文（设计）的规定，学校有权保留论文（设计）并向相关部门送交论文（设计）的电子版和纸质版。有权将论文（设计）用于非赢利目的的少量复制并允许论文（设计）进入学校图书馆被查阅。学校可以公布论文（设计）的全部或部分内容。保密的论文（设计）在解密后适用本规定。 作者签名：指导教师签名： 日期：日期：
摘要 移动通信最近几年得到了突飞猛进的发展，人们对无线信道的研究也成了当前通信行业的主题，特别是对无线信道的建模与仿真也受到了许多学者的关注,在这个领域的研究也取得了很大成果。无线信道模型分为自由空间模型、无线视距模型和经验模型，本文首先研究了无线信道模型的特点，建立了无线信道的的模型，对自由空间模型和经验模型Okumura-Hata 模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了比较，并将其用Matlab软件仿真，对仿真结果进行了分析。 关键字：无线信道、Hata模型、COST231-WI模型
Abstract Mobile communication several years obtained the development recently which progresses by leaps and bounds, The people have also become the current correspondence profession subject to the wireless channel research. Specially has also received many scholars' attention to the wireless channel modeling and simulation, Has also yielded the very big result in this domain research. Wireless channel model is divided into free space model, the wireless line of sight and empirical model, this paper studied the characteristics of wireless channel model is established radio channel model, on the free space model and empirical model Okumura-Hata model, COST-231 Hata model and COST231-WI model were compared, using Matlab software to simulate, the simulation results are analyzed. Keywords: Wireless channel, Hata model, COST231-WI model
摘要 移动通信最近几年得到了突飞猛进的发展，人们对无线信道的研究也成了当前通信行业的主题，特别是对无线信道的建模与仿真也受到了许多学者的关注,在这个领域的研究也取得了很大成果。无线信道模型分为自由空间模型、无线视距模型和经验模型，本文首先研究了无线信道模型的特点，建立了无线信道的的模型，对自由空间模型和经验模型Okumura-Hata 模型、COST-231 Hata模型以及COST231-WI模型进行了比较，并将其用Matlab软件仿真，对仿真结果进行了分析。 关键字：无线信道、Hata模型、COST231-WI模型
Abstract Mobile communication several years obtained the development recently which progresses by leaps and bounds, The people have also become the current correspondence profession subject to the wireless channel research. Specially has also received many scholars' attention to the wireless channel modeling and simulation, Has also yielded the very big result in this domain research. Wireless channel model is divided into free space model, the wireless line of sight and empirical model, this paper studied the characteristics of wireless channel model is established radio channel model, on the free space model and empirical model Okumura-Hata model, COST-231 Hata model and COST231-WI model were compared, using Matlab software to simulate, the simulation results are analyzed. Keywords: Wireless channel, Hata model, COST231-WI model
水声通信系统中的信道编码技术研究 信道编码定理为人们探索信道的最佳编码方案提供了理论依据，但并没有指明如何获得好码。目前，出现了多种信道编码方案，如RS 码、卷积码、级联码等。本文简要介绍了RS 码和卷积码的基本原理，并进行了相应的计算机仿真，并给出了加入了RS 码和卷积码水声通信系统的水池实验数据，结果表明利用信道编码技术能够提高水声通信系统的误码性能。 （一）Reed －Solomon 码 1960 年I.S Reed 和G .Solomond 提出RS 码,又称Reed －Solomon 码，RS 码是一类纠错能力很强的多进制BCH 码。 RS 码是在GF(q)上长度为N=q-1的本原BCH 码。冗余根据可纠正错误确定，通常等于2t 个字符。这样，编码具有k=q-2t-1个信息字符。这种码具有N 个信息字符，可纠正t 个错误。长度为N ，设计距离为=q-k δ的RS 码的生成多项式为： )())()(()(1321-----=δααααx x x x x g (1) 本论文系统中实现的编码器按图1工作。开始编码前，向A0~A13或A0~A11单元写入信息字符（分别对应1个或2个可纠错码）。P0~P15单元记载类构造器算出的校验多项式的系数值。然后校验多项式系数和信息字相乘并相加，如图所示。运算的结果得出校验字符，存入A0（此时，信息字符向左移位）。生成过程继续，直到A15出现信息字高位元素。这样，在编码中，为纠正1个错误，必须进行2次迭代；为纠正2个错误，必须进行4次。 ∑ 图1 RS 码编码器的结构 纠错码的译码问题，一直是编码理论中最感兴趣的课题之一。RS 在短和中的码长下，具有很好的纠错性能，构造容易，故得到广泛应用。 RS 的译码基本上分为3步：第一步是由接收到的R(x)计算出伴随式；第2步由伴随式找出错误图样E(x)；第3步由R(x)- E(x)得到可能发送的码字C(x)。 记q(x)为信息多项式，则发送码字C(x)＝q(x)g(x)，接收到的码字:
基于BELLHOP的水声信道时变模型 【摘要】随着海洋开发和信息产业的发展，对水声信道的研究日益重要。传统的射线声学模型不能很好地反映水下环境的复杂多变性。本文提出的BELLHOP--多普勒时变模型充分考虑了水体环境和信道几何结构等物理因素，反映了水声信道的衰减、多径、时变特性，并重点分析了多普勒效应造成信号频移和时间扩展（或压缩）的问题。 【关键词】水声信道；BELLHOP模型；多普勒时变效应；时变模型 1.引言 随着海洋开发和信息产业的发展，利用水声信道传送数据信息（如海洋环境监测数据、水下图像等）的需求不断增加。因此，了解水声信道的传播特性并建立相应的信道模型对水声通信的发展具有十分重要的意义。 水声信道是一复杂多变的信道，具有严重的衰减、多径传播和时变的特性，同时受到海洋环境噪声的影响[1]。因此要用准确的数学模型来描述水声信道是很困难的。传统的水声通信信道仿真主要基于射线声学模型[2][3]，如BELLHOP 模型[4]等。BELLHOP模型是通过高斯波束跟踪方法[5]，计算水平非均匀环境中的声场，它克服了传统射线模型中声影区强度为0和焦散线截面为0处声强度为无穷大的缺陷。但它是静态模型，当收发节点固定时，信道冲激响应保持不变，因此它不能反映水声环境的时变特性。本文在BELLHOP射线模型的基础上，针对水声信道的传播特性，重点考虑多普勒效应对信道的影响，引入了一种BELLHOP--多普勒时变信道模型。同时对仿真中的各种参数进行了一定的理论分析。 2.时变信道模型 2.1 信道时变特性 图1为在实验室水池中的实测波形，接收端和发射端的水平距离为6m，信号持续时间为1ms。在本实验中，我们让接收端换能器以一定的速率靠近发送端换能器，然后观察任意3个不同时刻的接收信号波形。从图1可以清楚地看出3个不同时刻的接收信号波形和强度发生了变化。可见，实际的浅海水声信道具有严重的时变性。 图1 水池实测波形 2.2 多普勒和时变效应 声波在海水中传播时会受到多普勒效应的影响，这主要是由收、发端相对运动及海洋环境的不稳定性（如海面波浪运动和海中湍流等）引起的。
水声信道的计算机仿真研究 作者：陈顺举童常根刘敬彪 来源：《现代电子技术》2008年第08期 摘要：简要分析水声信道的传播特性,建立水声时变多径信道的数学模型,给出一种水声信道的多径传播的计算机仿真方法。通过仿真结果,分析水声信道多径传播的特点,有助于对水声信道的了解及相关问题的设计。 关键词：水声信道；多径传播；计算机仿真；多径信道 中图分类号：TP391.9文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2008)08-088- (School of Electronics & Information,Hangzhou Dianzi Abstract：This paper describes the characters of underwater acoustic communication channels.A mathematical model of multipath fading channel in underwater acoustic communication is developed.Through the simulation results,the speciality of multipath,which is helpful to realize the character of the underwater acoustic communication channels is analyzed,and relative projects are Keywords：underwater acoustic channel;multipathpropagation;computer simulation;multipath 当前的通信研究领域中,在水下利用声波进行数字通信是一个热门的研究。尤其是近年来随着海洋开发事业的发展,对水下通信的要求也越来越迫切,大大增加了科研人员投身于水声数字通信的热情。水声信道的研究是水声通信技术研究的重要环节,然而其困于多径干扰而未取得令人满意的进展。本文针对当前多种调制方式在水声信道中的应用,提出一种模拟水声信道多径传播的简化模型,通过计算机仿真对水声信道中几种常用的调制方式进行比较,其结果可对克服水声信道的干扰、选择合适的调制方式提供一些借鉴。 1 水声信道的数学模型
浅海水声网络 1.摘要 水声网络通常由通过水声相连的海底传感器节点，自主无人航行器及与岸基站点进行无线通信的网关海面站点构成。该网络服务质量受声传输信号低带宽，低声速导致的高延时和高环境噪声所限。其长期设计目标是能够提供基于网络链接的自组网络，通过最优化系统参数自主适应环境。本文考虑了最小化能耗约束，最优化吞吐和可靠性条件下设计浅海水声网络的诸多方面问题。 2.引言 近二十年来，水声通信技术取得了显著进步。高速可靠通信系统的实现使得海底坐地传感器与水下自主航行器等水下节点间实时点对点通信成为可能。当前研究热点主要集中在应对环境数据采集、近海探测、污染检测与军事侦察等应用的网络多链路协同领域。 海底或海监测的传统方法包括传感器布放，实验数据记录和试验设备回收。该方法存在诸多不足： 实验记录数据需在长达数周的实验任务结束后获取； 海底设备与岸基用户间无法进行信息交互，因此，当某区域出现感兴趣事件时无法进行系统重配置； 如果设备在回收前出现错误，那么数据采集过程将停止或所有数据可能丢失。 特定海域长期实时观测最理想的解决途径将诸多测量设备通过无线链路连接成网络结构。最基本的水下声学网络由类似固定节点与水下自主航行器等节点间的建立的双工水声通信所组成。该网络将与海面站点相连，并借助该站点采用RF链路与远程陆上节点如Internet 网络相连接。岸基多用户能够从远距离水下设备实时获取数据，评估已获取的数据，并可对单个设备发送控制信息。由于数据不再储存在水下设备中，因此可以避免数据丢失，也能通过网络重配置得以绕开失效节点 水声网络的最大约束是有限能源支持。对陆上系统而言，无线调制解调器电池的替换非常简单，但水下无线调制解调器电池替换受航行时间和调制解调器回收时间的制约而显得费时费钱。因此，对水下应用而言，传输能量显得异常昂贵。网络协议应通过减少重传次数，降低传输间隔的功耗以及最小化每次传输需求来节省能耗。 在救援与探测任务等水下应用中，需要网络能够不经大规模规划而快速布放。因此，网络应当能自主决定节点位置，通过自主组网提供高效的数据通信环境。另外，若信道条件发生改变或者某些节点在任务过程中失效，该网络应当能够通过动态重配置继续履行使命。 3.水声通信 不同于数字无线通信采用电磁波进行数据传输，水声信道中主要采用声波进行通信。在水声通信网络中声波传播速率比无线电波传播速率小五个量级。如此低的传播速率增大了网络数据包的传输时延。如果在UWA应用中网络协议设计忽略高时延，将导致网络吞吐减少。 UW A信号的可利用带宽关键取决于传播损失，由于传播损失随着距离和频率的增大而增大，严重制约了可利用带宽。在有限带宽内，特别是在浅海水声信道中，相对于无线电信道而言，声信号受时变多径的影响，会导致的严重码间串扰以及多普勒频移与拓展。多径传播以及多普勒的影响削弱了水声信号，限制了数据吞吐。因此需要特殊的信号处理手段去克服这些不利因素。
第七章标量信道建模及其仿真 (187) 7.1平坦衰落信道建模 (188) 7.1.1平坦衰落信道理论模型 (188) 7.1.1.1 Clarke信道模型 (188) 7.1.1.2 Suzuki 信道模型 (189) 7.1.2 多普勒功率谱 (191) 7.1.2.1 经典功率谱 (192) 7.1.2.2 高斯功率谱 (194) 7.1.2.3 平均多普勒频移和多普勒扩展 (195) 7.2平坦衰落信道仿真[13] (196) 7.2.1 正弦波叠加法 (197) 7.2.1.1 等距离法（MED）[8] (203) 7.2.1.2 等面积法（MEA）[8] (205) 7.2.1.3 Monte Carlo法（MCM）[8] (209) 7.2.1.4 最小均方误差法（MSEM）[8] (212) 7.2.1.5 精确多普勒扩展法（MEDS）[14] (214) 7.2.1.6 多普勒相位的计算方法 (217) 7.2.1.7 Jakes仿真器(JM)[1] (218) 7.2.1.8 仿真方法的性能分析 (233) 7.2.2 成形滤波器法 (236) 7.3频率选择性衰落信道建模[13] (238) 7.4频率选择性衰落信道仿真 (242) 参考文献 (244) 第七章标量信道建模及其仿真 前面的章节从总体上介绍了信道的基本知识和基本特性，包括大尺度传播、小尺度衰落等等。无疑，了解这些信道特性对我们要在频谱资源有限的信道上，尽可能高质量、大容量传输有用信息起着指导性的作用：讨论大尺度传播不仅对分析信道的可用性、选择载波频率以及切换有重要意义，而且对于移动无线网络的规划也很重要；而讨论小尺度衰落则对传输技术的选择和数字接收机的设计至关重要。因此，信道建模和仿真是研究移动无线通信各种技术和网络规划的基础和关键。建模的评估标准是在不同的环境下所建立的模型与真实无线信道的吻合程度；而仿真的评估标准则在于运算量的复杂度。因此，研究人员需要根据实际情况的不同来进行建模和仿真。下面的章节将重点讲述信道的建模和仿真，本章先介绍标量信道的建模和仿真。 在6.4节中已经介绍了小尺度衰落信道的分类：根据信道的频率选择性，可以把信道分为平坦衰落信道和频率选择性衰落信道；根据信道的空间选择性，可以把信道分为标量信道和矢量信道。因此，本章在介绍不考虑空间角度信息的标量信道建模和仿真时，将分别讨论平坦衰落信道和频率选择性衰落信道。事实上，平坦衰落信道只有一个可分辨径（包括了多个不可分辨径），而频率选择性衰落信道是由多个可分辨径组合而成（其中每一个可分辨径就是一个平坦衰落信道），这也就是说，频率选择性衰落信道的建模比平坦衰落信道的建模更复杂，它是由多个具有不同时延的平坦衰落信道组合而成。因此，平坦衰落信道建模是标量信道建模的基础，我们将在第七章的前半部分重点讲述；在此基础上，第七章的后半部分将介绍频率选择性衰落信道的建模和建模。
浅海水声信道模型 对浅海水声信道建模，一方面可以大致估计水声通信设备在不同水声信道下的性能；另一方面，可以很方便地控制各种不同的输入参数，以便模拟不同的实际环境，大大节省出海实验的费用和时间。 但是，要想获得完全符合实际应用环境的水下通信信道的解析模型在目前是不可能的，我们只能在假设一些理想条件的前提下，针对浅海信道影响信号传输和接收的主要干扰因素加以考虑，建一个半经验的模型。 水声信道尤其是浅海水声信道是典型的变参信道，其特性随时间和空间不断地变化，称为时变多径衰落信道。在水声数字通信系统的研究中，常用图3-3的模型表示： 图3-3 浅海水声信道模型 图中，()i s t 为发射信号，(;)h t τ为水声信道单位冲激响应，()n t 为信道噪声，()r s t 为经过信道后的信号，()r t 为接收信号，其中t 为时间变量，τ为时间延迟。则接收信号可表示为： ()()()(;)()()r i r t s t n t h t s t d n t τττ=+= -+? （3-13） 根据浅海水声信道的特点，浅海水声信道可以建立两类模型[5,27,28]：一是建立一个N 径非时变的确定性模型。二是建立一个随机统计模型，对于近距离的浅海水声信道可以建立莱斯衰落和加性高斯白噪声信道模型；对于中、远距离的浅海水声信道可以建立瑞利衰落和加性高斯白噪声信道模型。 3.2.1 N 径确定性模型 针对浅海水声信道，在建立浅海水声信道N 径确定性传播模型之前，
先假设几个理想条件： 1) 水深为常数； 2) 当声线掠射角小于5°、载波频率小于50KHz 和海底介质的密度大于 3 1.4 /g c m （例如 沙，淤泥，粘土等介质） 时，海底的反射系数b r 近似为1， 同时相位偏移为180°,考虑到浅海海底介质一般由细沙和淤泥构成，同时掠射角总是大于0°，无论怎样，声波由海底反射时，声能总是有所损失的，而且随着掠射角的增大而增加，在这里假设海底的反射系数等于0.9； 3) 海面的粗糙程度可以用瑞利参数R 来描述： ) sin(2?σπc f R = （3-14） 其中，f 为工作频率，c 为声速，σ为海面波浪高度（波峰到波谷）的均方根值，?为声线掠射角。经验数据表明，当瑞利参数1<
武汉理工大学 班级：___电子与通信工程153班_____ 姓名：_________XXX _____________ 学号：________1049731503239_______ 教师：________ XX ______________
基于水声信道传送信息保密技术设计方案 摘要 水声通信技术是当前研究的热点领域，其传输媒介——水声信道是复杂的时变和空变的信道，它的多径效应、声传播损失等传输性质严重影响了水声通信的性能。另外，载波频率低、传输宽带十分有限以及数据速率低等也制约着水声通信技术发展的因素。空时编码技术是近年来发展快速的信道编码技术，它能够与调制技术想结合，提高频率利用率，同时获得分集增益和编码增益，并可以高速地传输数据。在此基础上引入混沌算法来对信源数据进行加密，来提高数据传输的安全性和保密性。 关键词：水声通道；分集；空时编码；混沌算法 ABSTRACT Underwater acoustic communication technology is a research hotspot. Underwater acoustic channel as transmission medium is a complex time-varying and space –varying channel, and the transmission characteristics such as the multi-path effect, sound transmission loss and the Doppler Effect, etc. seriously influence to the performance of the underwater acoustic communication. In addition, the lower carrier frequency, limited transmission bandwidth and lower data transfer rate have become constraining factors in the development of underwater acoustic communication. Therefore, reliable high-speed transmission technology is the research focus on the field of underwater acoustic. Recently, Space-time coding techniques have been developed rapidly. It can be conbined with the module technique so that it can improve the speed of the transmission of the data and use ratio of the low frequence. On this base, We put up the chaos encryption and algorithm improvement, they can be use for improving the safety of the data. Keywords: Underwater acoustic communication,diversity, Space time Coding, chaos encryption algorithm
《无线信道建模与仿真》课程教学大纲 一、课程基本情况 二.课程性质与任务 《无线信道建模与仿真》是我院通信工程、电子信息工程专业的一门校定限选课。通过对本门课程的学习,使学生系统地获得无线信道数学建模、仿真方面的基础理论知识和相关实现方案、技术，掌握无线信道的电波传播理论、无线信道的衰落统计模型、基于典型系统和标准的无线信道建模方案,并注重培养学生将所学电磁场理论、数理统计与随机过程理论运用于通信系统中信道特征建模的思维能力，以及建模方案和技术通过仿真实验完成无线信道模拟实现的实践能力，从而使学生通过该课程的学习对无线信道的特征及描述方法有较深入的认识，为后续移动与无线通信类课程的学习奠定坚实基础。 三. 课程主要教学内容及学时分配 序号 教学内容 学时 1 数理统计与随机过程基础 6 2 无线信道的电波传播理论 5 3 路径损耗和阴影衰落 8 4 小尺度衰落和多径效应 7 课程编号 课程类别□必修 ■限选 □任选 学时/学分 48/3 课程名称 （中文）无线信道建模与仿真 （英文）Wireless Channel Modeling and Simulation 教学方式 ■课堂讲授为主 □实验为主 □自学为主 □专题讨论为主 课程学时 及其分配 课内总学时 课内学时分配 课外学时分配 48 课堂讲课 32 课后复习 32 自学交流 课外自学 16 课堂讨论 讨论准备 试验辅导 实验预习 课内试验 16 课外实验 4 考核方式 □闭卷 ■开卷 □口试 □实际操作 ■大型作业 成绩评定 期末考试（50%）＋大型作业（20%）＋平时成绩（30%） 适用院系 适用专业 通信与信息工程学院 通信工程、电子信息工程专业 先修课程 预备知识 高等数学、概率论与数理统计、随机过程、电磁场与电磁波
第２０纛第２期２００８年１月 系统仿真学报＠ ＪｏｕｒｎａｌｏｆＳｙｓｔｅｍＳｉｍｕｌａｔｉｏｎ Ｖ０１．２０Ｎｏ．２ Ｊａｎ．．２００８水下跳频通信系统的建模与仿真 王翔，黄建阑，尹玉红 ｆ茜ｊＥ工蝗火学航海学院，陕西蟊安７１００７２） 接要：水声信道建较为复杂的数据通信信道，为了满足水下安佘可靠通信和组网的要求，提出了—种基节璃巍技术的水下遁信系统方囊，建立了系统仿真模型和多：撩Ｒａｙｌｅｉｇｈ囊蓐水声馆遣模型。 方案申采霭了ＦＨ／ＭＦＳＫ调巷４披术，蠢适应髋蒺枣辩麓稠，信遥簧镨编码分剐袋焉ＲＳ，豢积码，接 收机采用空间分集，跣频序列靛翻的可控滤波器蛆以及基于周期瞄谱分析解码，并通过仿真研究 比较了这些技术在水下多径信道中对系统性能的影响。结果表明采用该模型的通信系统水下跳频系 统的具有很强稳健挂，可以在低信噪比下具有良好的误码率性能． 关键运；ＦＨ／ＭＦＳＫ；谱分析；馆遥编码：空阍分集；《变滤波器纭 中图分类号ｌＴＮ９１１．７文献标识码｛Ａ文章编号：１００４－７３１Ｘ（２００８）０２—４５３．０５ ＲｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＨｏｐｐｉｎｇＦｒｅｑｕｅｎｃｙ ＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＳｙｓｔｅｍ Ⅵ魄ＮＧＸｉａｎｇ。ＨＵＡＮＧＪｌＡＮ—ｇｕｏ，ＹｌＮＹｕ—ｈｏｎｇ （Ｃｏｌｌｅｇｅｏｆｍａｒｉｎｅ勘ｇ妇ｉｎｇ，ＮｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎＰｏｌｙｔｅｅｈｎｉｅａｌＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ，７１０ｆｆ＇／２，Ｃｈｉｎａ） Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔｉｃｃｈａｎｎｅｌｉｓｔｈｅｍｏｒｅｃｏｍｐｌｅｘｄａｔａｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｃｈａｎｎｅｌ．Ｔｏｓａｔｉｓｆｙｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓｏｎｔｈｅｓｅｃｕｒｉｔｙａｎｄｒｅｌｉａｂｉｌｉｔｙｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｒｅａｌ??ｔｉｍｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎａｎｄｎｅｔｗｏｒｋ，ａｋｉｎｄｏｆｕｎｄｅｒｗａｔｅｒｆｒｅｑｕｅｎｃｙ－－ｈｏｐｐｉｎｇｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓｓｙｓｔｅｍｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ，ａｎｄｔｈｅｓｙｓｔｅｍｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｍｏｄｅｌａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅＲａｙｌｅｉｇｈｆａｄｉｎｇｍｕｌｔｉ－ｐａｔｈａｄｄｉｔｉｖｅｕｎｄｅｒｗａｔｅｒａｃｏｕｓｔ主ｃｃｈａｎｎｅｌｍｏｄｅｌｗｅｒｅａｌｓｏｃｏｎｓｔｒｕｃｔｅｄ．Ｆ】麟ＦＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ。ＲＳａｎｄＣｏｎｖｏｌｕｔｉｏｎａｌｃｏｄｅａｎｄｓｐａｔｉａｌ ｄｉｖｅｒｓｉｔｙｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｗｅｒｅｕｓｅｄｉｎｔｈｉｓｓｙｓｔｅｍ．Ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｗｅｒｅｃｏｎｄｕｃｔｅｄｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｍ．ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｓｐａｃｅｄｉｖｉｓｉｏｎａｎｄｖａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄｂｙｔｈｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙ—ｈｏｐｐｉｎｇｓｅｑｕｅｎｃｅａｓｗｅｌｌａｓｔｈｅｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎｂａｓｅｄｏｎｐｅｒｉｏｄｏｇｒａｍｃａｌｌｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｒｏｂｕｓｔｎｅｓｓｏｆｔｈｅｓｙｓｔｅｍａｎｄｈａｖｅｇｏｏｄＢＥＲｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｕｎｄｅｒｌｏｗＳＮＲａｎｄｍｕｌｔｉ—ｐａｔｈｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ． Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＦＨ／ＭＦＳＫ；Ｓｐｅｃｔｒｕｍｅｓｔｉｍａｔｉｏｎ；Ｃｈａｎｎｅｌｃｏｄｉｎｇ；Ｓｐａｔｉａｌｄｉｖｅｒｓｉｔｙ；ＶａｒｉａｂｌｅｆｉｌｔｅｒＢａｎｋｓ 引言 豳于水下声通信链路的开放式特征，使得水声信息容易被敌方的接收设备截获或干扰设备干扰。相比于传统的ＭＦＳＫ霹ＭＰＳＫ数字调翻熬瀵技蠢魏鬏技本其有抗郝分频带干扰，低截获率，多址组网，抗衰落，提高处理增益，易与窄带通信系统兼容的特点Ｈ１，因此跳频技术在水下声通信孛寅餐缀大痘焉嚣景。 跳频技术是近年来水下通信研究的热点，跳频技术在水下的＿陂用，主要集中在：码片自适应滤波和相位跟踪预测技术，蒸予ＦＨ／ＭＦＳＫ鳇拳下逶信和缓踺技术强，采矮毒＃稠关慢跳系统设计ｌ翦，跳频通信系统在浅水信道下的性熊，跳频系统的同步几个方面［４１。国内外的众多研究机构都在积极的对跳频技术在水下的应曩遴符婿究，其中阂癌厦门大学进行了基予跳频的水下抗多径研究和语音图像通信研究［５１，西托工业大学航海学院研究的基予跳频技术的水下通信，遥控设 收藕日期Ｉ２００６－１０－３１謦回日ｍＪ，２００％０３－０６ 基垒暖目ｌ国家自然科学基金（６０５７２０９８）：西北工业大学研究生种子基金（７＿２００） 捧囊糠奔；王熬１９８０－），男，殃魏巍安入，研究嫩，研究方窳为承下通信技术，遴信信号巯壤；炙建蠢（１９４５．＞，雾，满穗长涉入，教授，簿导，ＩＥＥＥ麟安分会主席，研究方向为水下通信技术，信号与信息处理；尹玉缸（１９８１．），女，宁疑青铜峡人，硕士生，研究方向为信号与信息处理．备；美国海军实验室也在研究水下跳频技术的成用以及环境对魏频技零戆影嚷１４１，ＷＨＯＩ研究陡承下，ｌ、銎多耀途通信平台的多址低速通信也就采用ＦＨ／ＦＳＫ技术ｆ６１，可以看出跳频技术将会照广泛的应用在水下通信。． 兔了竞羧瘩下较恶劣的信道环境影嚷，要求零下跳频遴信调制解调系统的稳健性较高。因此在文中提出采用自适威跳频序列控制，跳频序列控制的可变滤波器组，周期图解调嘲，麸及多段线性调频信号嚣步等技术组残酶承声调频逶镑系统的方案，从而使盖水下通信系统可更有效的克服水下多径和部分频带干扰的影响，以实现水下信息准确，可靠的传输。ｌ遥信系统结梅和信道模型 水声跳频通信是将跳频技术用于水下声通信，其基本原理是将可用的水声信邋带宽分割成若干毗邻的予信道（频率闻隔），发送信号臣“颥率跳交图察”编褥，每陲一定时闭由跳频图案决定在哪个子信道发遴信息． １。ｌ数学模型 刚礴Ｋ跳频信警的表达式式为 ｓ（ｆ）＝ｒｅ（ｔ）ｃｏｓ｛２ａ［ｆｔ＋以（ｆ）】Ｈ’张｝‘１）其中蘸ｉ－－ｏ，ｌ，２，３…弦１）；五为ｔ时刻跳频序列对应的频点。ＭＦＳＫ调制对应的频率鼻每个子信道鳇带宽箨分成，℃个频点矗讲，并且两频率两两正交，满足 ?４５３?