同频时反水下协作通信系统中的自信息干扰消除方法-西北工业大学.PDF

２０１６年１０月 西 北 工 业 大 学 学 报 Ｏｃｔ． ２０１６ 第３４卷第５期 Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ Ｖｏｌ．３４ Ｎｏ．５ 同频时反水下协作通信系统中的 自信息干扰消除方法 １ １ ２ １ 张玲玲 ，黄建国 ，唐成凯 ，张群飞 （１．西北工业大学 航海学院，陕西 西安　 ７１００７２；２．西北工业大学 电子信息学院，陕西 西安　 ７１００７２） 摘　 要：随着海洋资源的利用和开发，人们对高速率水下通信的需求也更加迫切。 但水下环境的高频 衰减特性和强噪声导致水下信号的传输带宽受限，信号传输速度较慢。 同时现有的水下节点间通信 通常采用碰撞避免的ＭＡＣ协议，在一个时隙内只允许一个有效用户发送数据，因而水声信道的利用 率较低。 针对上述问题，提出了一种同频时反水下协作通信系统的自信息干扰消除算法。 在该水下 协作通信系统中，节点可同时通过水下基站向对方发送数据，节点之间共用相同的上行频率和下行频 率，实现频谱资源复用。 该方法中通过在基站处进行主动时反，消除水声信道传输的多径效应，然后 利用节点对自身发射信号已知的特点，消除基站转发信息中的自信息干扰。 仿真结果表明，文中所提 －３ 出方法的误码性能与现有的分时协作通信方法相当，在信噪比为１１ｄＢ时，误码率均可以达到１０ ，但 该方法的传输速度为分时水下协作通信方法的２倍。 关　 键　 词：水声通信；水下协作通信；时反通信；频率复用；自干扰消除 中图分类号：ＴＮ９２９．３　 　 　 文献标志码：Ａ　 　 　 文章编号：１０００⁃２７５８（２０１６）０５⁃０８２３⁃０６ 　 　 地球表面覆盖着 ７１％的水域，其中９７％为海 信方法。 该方法可以有效适应不同海洋环境，消除 洋，随着海洋资源的大规模开发，海洋水下通信技术 不同海洋环境下的多径效应，但需要采用多阵元 被广泛应用于海底探测、采油等民事用途以及海底 接收。 测绘、港口攻击和防护等军事用途，如何在海洋环境 由于水下通信中信号的传输频率较低会造成信 ［１⁃２］ 中实现高速通信成为人们研究的热点 。 但海洋 号的传输速度较慢，并且信号衰减较大并不适合长 水下通信的影响因素和现有的无线通信相比具有很 距离通信。 为此，水下协作通信被公认为是水下通 ［３］ 大的不同 。 海洋水下通信环境中，传输频率越高 信系统目前最优的解决办法。 文献［６］提出了一种 衰减越大，所以频率资源是非常有限的。 此外，由于 水下协作通信方法，该类方法利用光缆将数据传输 水底反射、折射和海洋环境的漫射效应等影响，导致 到水面发射站，通过无线信道或者卫星信道传输到 水下通信系统中具有非常强的多径干扰。 现有的水 水面接收站，最后再次利用光缆将数据传输到水下 下通信系统主要通过各种均衡技术来消除多径干扰 用户。 但该技术只适用于海岸沿线和浅海海域，并 的影响。 文献［４］提出了一种海洋水下通信反馈均 且还需要保证水下用户的位置稳定性，并不利于深 衡方法。 该方法利用反馈均衡滤波器来消除水下信 海通信和水下移动通信。 文献［７］提出了一种基于 道的多径干扰，但滤波器长度与收敛性会极大限制 时分的水下协作通信方法，该方法通过中继水下航 水下通信系统的传输速度，所以并不适合高速水下