二进制偏移载波调制的零相关窗水声同步技术研究

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1、物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.10(2014)104301二进制偏移载波调制的零相关窗水声同步技术研究孙宗鑫于洋y周锋刘凇佐乔钢(哈尔滨工程大学水声技术重点实验室,哈尔滨150001)(哈尔滨工程大学水声工程学院,哈尔滨150001)(2013年12月15日收到;2014年1月13日收到修改稿)针对线性调频信号同步相关的旁瓣、m序列扩频同步的序列自噪声和二进制相移键控调制信号在主瓣周围一个码片范围内存在较强烈的旁瓣三个问题,提出了一种基于二进制偏移载波(BOC)调制信号的无干扰窗水声同步方式.利用互补序列的非周期自相关函数之和为零的特殊性质,实现了在主瓣周

2、围一个码片范围外,零相关窗范围内的无干扰窗.使用BOC(1,1)方式对信号进行亚载波调制,以减少主瓣周围一个码片范围内的旁瓣.对单通道信号和双通道信号的零相关窗形式都进行了设计,通过仿真和实验验证了BOC零相关窗方法在水声系统的同步、信道测量和估计中的有效性.关键词:水声,同步,二进制偏移载波,零相关窗PACS:43.30.+mDOI:10.7498/aps.63.104301声信道和高速可靠的水声通信有着密不可分的关1引言系[35].水声技术的发展依赖于水声模型的研究[6]和水声物理特性的深化了解[7].这凸现了水水声信道是水声通信区别于无线通信的重声信道准确估计的重要性.要特

3、点,水声信道的特征由多变的海洋环境所决工程上使用的序列要具有完美的自相关特性定[1;2].如果接收机已知水声信道的信道冲激响应,和互相关特性,但实际上这样的序列是不存在的.就可以使用一些准则作为标准进行信道均衡,以良好的自相关性决定了序列的同步能力和抵抗多减少多径衰落对通信信号的影响.在扩频通信体径衰落的能力.良好的互相关性则决定了序列的制下,若接收机能准确地估计信道信息,可以利用多址接入能力.序列的相关边界决定了序列拥有Rake接收机技术以使用多径信息;而如果发射机上述能力的极限,其中有代表性的序列的相关边能准确地得知信道信息,对于多载波通信而言,则界包括Sarwate边界[8]

4、、Welch边界[9]、Levenshtein可以采用功率注水算法使得在信道条件较好的频边界[10]等,它们规定了序列性能的极限,为序列的率上分配较多的信息,在信道条件较差的频率上分配较少的信息.在得到准确的信道估计信息的情设计提供了最高的标准.虽然与二相序列相比,多况下,这几种方法都能有效地提高水声系统的性相序列具有更好的边界,且能提供更好的性能,而能.但是在信道信息不准确的情况下,当利用Rake在实际应用中,最广泛使用的仍是二进制序列,其接收机技术和功率注水算法时水声系统性能则会中Barker序列、Neuman-Hofman序列等均具有良恶化,甚至会低于没有采用这两种技术的情况

5、.水好的非周期自相关函数(AACF)特性,但是它们国家高技术研究发展计划(批准号:2009AA093601-2)、国防基础科学研究计划(批准号:B2420110007)、水声技术重点实验室基金(批准号:9140C200801110C2004)和国家自然科学基金(批准号:11304056)资助的课题.†通讯作者.E-mail:yuyang516@163.com©2014中国物理学会ChinesePhysicalSocietyhttp://wulixb.iphy.ac.cn104301-1物理学报ActaPhys.Sin.Vol.63,No.10(2014)104301都只是达到了较

6、低的旁瓣,而且其长度远远不能满BOC(1,1)信号和BPSK信号的基带功率谱密度足实际工程上的需要,可以把它们看成是低相关序曲线.列.在实际应用中,需要的是零相关序列,如松散0同步(LS)序列[11]、几乎最佳自相关序列[12;13]和BPSKҪဋ៨BOCҪဋ៨半最佳自相关序列[14]等.零相关序列并不是打破-10了序列的相关边界,只是在一定的范围内提供一个零干扰窗,在零干扰窗之外仍存在着一定的旁瓣.-20/dB本文将使用互补序列来构建一个零相关序列,进而ᛰѓ-30减少同步的自噪声和提高水声信道估计的精度.二进制偏移载波(BOC)调制方式是一种亚-40载波调制方式,其可以将频谱推向

7、频带的边缘,从而增加了信号的Gabor带宽,也增加了系统的鲁棒-50-0.8-0.400.40.8性[1517],也就是信号的能量并不是集中在中心频ᮠဋ/104Hz点的周围.在频谱资源紧张的今天,这种调制方式图1BOC(1,1)信号和BPSK信号的基带功率谱密度可以与传统的调制方式相协调,从而使得系统在对曲线传统信号产生最小影响的情况下工作.BOC调制BOC信号相当于将信号的频谱推向了频带的方式在Galileo卫星导航系统、采用了M码频段的边缘,使得信号具有裂谱的特