适用于水声信道新的盲均衡算法及仿真

基于SA—GSO的小波加权多模盲均衡算法作者：高敏郭业才来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2012年第04期摘要：为解决传统多模盲均衡算法（MMA）在均衡高阶QAM信号时存在的收敛速度慢、稳态误差大等问题，提出了一种基于模拟退火萤火虫优化的小波加权多模盲均衡算法（SA-GSO-WT-WMMA）。

该算法在MMA的基础上增加了加权项，并引入了模拟退火萤火虫优化（SA-GSO）算法和正交小波变换（WT），利用加权项自适应地调整算法中代价函数的模值，利用SA-GSO算法极强的全局寻优能力来优化均衡器的初始权向量，利用正交小波变换降低信号的自相关性，有效提高了均衡效果。

水声信道仿真实验表明，该算法在降低稳态均方误差和加速收敛速度两方面表现卓越。

关键词：盲均衡；水声通信；正交小波变换；人工萤火虫群；模拟退火；加权多模中图分类号：TN911文献标志码：A[WT]文章编号：1672-1098（2012）04-0023-07基金项目：全国优秀博士学位论文作者专项资金资助（200753）；安徽省高等学校自然科学基金（KJ2010A096）；安徽高校省级科研项目（KJ2011B162）；江苏省“六大人才高峰”培养资助项目（2008026）资助课题；淮南职业技术学院院级科研项目（HKJ10-3）作者简介：高敏（1981-），女，安徽蚌埠人，讲师，在读硕士，研究方向：智能信息处理与通信系统。

目前，水声通信是人们普遍接受的水下通信方式，水声信道中的多径传播、高背景噪声等因素会使信号在传输过程中产生严重的码间干扰[1-5]（Inter-symbolInterference，ISI），通信质量无法得到保证。

为解决这一问题，各种均衡技术应运而生。

盲均衡技术不需要像传统的均衡技术那样通过发送序列来调整均衡滤波器的参数，仅通过接收信号本身的高阶统计信息就能实现均衡器参数的实时调整，不仅保证了通信质量，还提高了通信效率[1]。

水声通信技术研究进展及应用摘要：水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式，由于其在民用和军事上都有重大意义，水声通信的研究一直是国内外研究的热点。

文章介绍了水声通信的历史，分析了水声通信发展的关键技术，讨论了水声信道的特点、系统组成和国内外的发展现状。

最后对未来的水声通信技术作了预测。

关键词：水声通信，通信信道，声纳，正交频分复用，声纳信号处理1 引言当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行业。

陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和移动通信网日臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角。

有缆方式的信息传输由于目标活动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如正常航运）可能存在影响等缺点，极大地限制了它在海洋环境中的应用。

另外由于在浑浊、含盐的海水中，光波、电磁波的传播衰减都非常大，即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km，因而它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。

在非常低的频率（200Hz以下），声波在海洋中却能传播几百公里，即使20 Hz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km，因此水下通信一般都使用声波来进行通信。

而在这个频率范围内，声波在水中（包括海水）的衰减与频率的平方成正比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。

采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。

海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。

研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点之一。

另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。

水声通信的新进展随着海洋事业的不断发展，利用水声信道来对潜艇进行远程水声通信已成为近年来国际上研究的焦点。

无人水下航行器(UUV); 水声信道恶劣的传输特性使得在海洋中实现远距离、高速率、高可靠的信息传输成为富有挑战性的研究课题。

在中远程海洋水声信道中，可用带宽窄、多途干扰强、信号起伏衰落严重等因素成为水声信息高速可靠传输的主要障碍，因此如何在远程水声信道中高速率准确地传输数据，成为水声通信技术一个难点。

随着人类利用和开发海洋活动的日益深入，人们对水声个人数字通信技术需求也日趋迫切，并且水声个人通信技术对国防建设和海洋经济的发展也有着极其深远的意义。

由于浅海水下信道受到多径传播和时变，空变的影响，声信号的畸变非常严重，为了实现水下信息安全准确和高速的传输，必须对水下信道特性，调制解调技术和水声通信中抗多径，抗衰落技术进行深入研究。

Digital Underwater Personal Communication水下个人数字通信Long Distance Underwater Acoustic Communication; 远程水声通信系统High Speed Underwater Acoustic Communication Techniquesnew underwater acoustic communication systemUWA Communication Technology Based on the Time Reversed Pattern Time Delay Shift Coding Array Processing Technology Based on the Vector-SensorUnderwater Navigation,Orientation and ComunicationVector Acoustic Field; 矢量声场;Acoustic Vector-Sensor; 声矢量传感器;Single Vector Hydrophone; 单矢量水听器;Acoustic Vector Time-reversal Mirror; 矢量反转镜;arrival Estimation; 方位估计; Time Delay Coding;时延编码shallow water channel; 浅水信道Underwater-acoustical Remote-control Buoy; 水声遥控浮标Phase-Coherent Communications and Adaptive Equalization for UWA Channels水声相位相干通信与自适应均衡;Joint Frequency and Phase Modulation Technique; 联合频率相位调制技术;Long Distance Underwater Acoustic Communication浅海水声数据传输技术研究【英文题名】Studies on Data Transmission Techniques in Shallow Water Acoustic Channels Underwater Sound Channel在人类探索和开发海洋的过程中,水声通信技术得到了迅速的发展,已经在海洋勘探、灾难预报、水下遥控、海洋信息采集、对潜通信等领域发挥着极其重要的作用。

第28卷第6期声学技术Vo l.28,No.6 2009年12月 Technical Acoustics Dec., 2009水声通信与水声网络的发展与应用许肖梅(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，厦门 361005)摘要：水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一，其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征，使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求，面临极大的技术挑战。

介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状，分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术，包括调制、解调技术和信号检测技术；介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。

最后简要介绍美国Teledyne Benthos 公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。

关键词：水声Modem；水声网络；水声信道；Seaweb中图分类号：TB557 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2009)-06-0811-06DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.06.026Development and applications of underwater acousticcommunication and networksXU Xiao-mei(Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology,Ministry of Education, Xiamen University, Xiamen 361005, China)Abstract: Underwater acoustic channel is one of the most complex wireless communication channels. The inherent characteristics, such as space-time-frequency varying, narrow-band, high-noise, strong multipath interference, long transmission delay, and large fluctuation, make the effectiveness and reliability of underwater acoustic communication face enormous challenges. In this paper, the features and development of underwater acoustic communications and networks are introduced, the key techniques in UAC and UACN, including modulation, demodulation and signal de-tection analyzed, and the protocol layer in UACN provided. Finally the 4th generation modem made by Benthos and the US Navy‘s Seaweb Program and the perspective on development and application of UAC and UACN in China is illu-minated.Key words: underwater acoustic Modem; underwater acoustic network; underwater acoustic channel; Seaweb1 引言海洋蕴藏着丰富的资源，实现海洋观测、资源勘探与开发是当前各海洋国家最为关注的问题之一。