LDPC码在基于FH-FSK的AUV水声通信系统中的应用

水声信道严重的多途干扰和频率选择性衰落,将增加水声FH-FSK系统的平均误码率。此外,由于自主式水下交通工具(AUV)平台的运动特性,接收信号易产生时间选择性衰落,在接收端产生成串的突发错误甚至导致通信的中断。以上两方面因素将降低移动FH-FSK系统的可靠性,针对此问题,将多元低密度奇偶校验(LDPC)码与FH-FSK系统相结合,提出了一种基于多元LDPC码的水声FH-FSK系统。对比了基于二元LDPC码的FH-FSK系统与基于卷积码的FH-FSK系统的抗干扰性能,实验结果表明:前者具有更强的抗干扰能力。对比了基于多元LDPC码的FH-FSK系统与基于二元LDPC码的FH-FSK系统,仿真与实验结果表明:基于多元LDPC码的FH-FSK系统具有更强的抗干扰能力,可以进一步提高FHFSK系统的可靠性。

频率选择性衰落信道下FH／ST-FSK系统抗干扰性能分析

空时频移键控(ST-FSK)具有良好的抗衰落特性、较低的译码复杂性,最近正受到广泛的重视。虽然跳频通信(FH)在军事通信领域得到了广泛的应用,但是易受人为干扰却是跳频通信的顽疾,因此结合FH／ST-FSK实现扩频通信具有重大意义。把ST-FSK信号与受同一PN序列控制的频率合成器输出进行混频,接收端分别用多根天线完成对已跳信号的解跳和解调。这样,ST-FSK进行空间分集所获得的增益能有效地补偿频率选择性衰落对信号的影响。而通过适当地调整FSK波形基的频率间隔,又可以有效地对抗部分频带噪声干扰。理论分析证明,当频率间隔满足一定条件时注入ST-FSK解调器的干扰功率达到最小。最后,MATLAB仿真结果证明了结论。

一种移动FH-FSK通信多普勒估计方法

在进行水下移动通信时,多普勒效应会对信号造成影响,常规估计多普勒频偏因子的方法是通过发射多普勒敏感脉冲信号进行估计。在跳频通信-频移键控(FH-FSK)通信中,单个码片具有较好的多普勒敏感性,文中采用32个跳频码片作为同步信号,对同步信号中逐个码片进行多普勒因子估计。在多普勒因子选择时,提出进行2次卡尔曼滤波后再取中值的方法,使估计值更接近准确值。考虑到多普勒效应对同步造成的影响,采用同步后进行多普勒补偿再次同步的方法,进一步减少解码时由于同步偏差较大带来误判的可能性。仿真试验结果表明,基于卡尔曼滤波的多普勒因子选择方法能使多普勒估计值更贴近理论值,且重同步后通信误码率降低。该方法能够提高多普勒估计精度,进一步提升移动FH-FSK通信性能。

AUV水声跳频通信调制解调器的设计与实现

在复杂时变水声通信环境中非相干FH-FSK调制解调技术是一种较为稳健、可靠的通信方式,适合于低速、高可靠的水声设备遥控等应用场合,如水面船遥控高速运动的水下智能机器人(autonomous underwater vehicle,AUV)。但也面临着以下困难:1)高速运动带来的多普勒会严重恶化通信系统性能;2)为节省能耗,AUV依据通信需求可对通信单元进行经常性的上电与断电操作,导致异步单工工作模式下水面与水下通信节点之间很难协调工作。针对以上问题,提出了采用脉冲对技术进行可靠多普勒估计,并采用线性插值技术进行高效多普勒补偿;结合通信节点板载高精度时钟以及设计的声链路同步机制有效地解决了AUV和水面控制船之间的双向链路建立与数据传输工作。基于OMAP-L138双核处理器平台设计与实现了FH-FSK的水声调制解调器的样机,湖上实验结果表明提出的传输控制协议可保证通信节点之间的通信链路随机建立和断开,结果证明所设计的样机稳定、可靠。