改进型多媒体水声通信机的优化方案

具有中等通信距离和中等通信率，组成多媒体兼容的通信声纳，也可以用于两种媒体按需成机。主要指标如下：声源级SL：198dB；中心频率：15kHz；频带宽度：3kHz；通信距离：15km；有效通信速率R_e及对应的误比特率P_e：R_e=600bit/s，P_e=3×10^-2；

R_e=300bit/s，P_e=5×10^-4；

R_e=200bit/s，P_e=10^-5。

1.主要技术关键

采用4FSK调制方式，与2FSK一样对频点的充分利用，而且信号脉冲持续时间τs比2FSK增加一倍，有利于后续部件的信号处理，4FSK的解码采用CZT谱分析，以适当地降低整机频带宽度。

（1）抗多途频码压缩方案

这是FH-SS体制水声通信的关键技术。对于低速率的水声通信，如每秒几十比特，由于τ_s较长，可采用nτ_s大于T_M的方案，以避开多途码的干扰，如信道速率R_C=600bit/s，τ_s=1.67ms，如以FFT鉴频方式，频码间隙为600Hz，使工作频率较高，最大的T_M可达60ms，则不重复使用频码数n=36，整机的带宽达22kHz，这样只能进行很近距离的水声通信。

为解决此问题，本通信机可采用自适应抗多途频码压缩方案，依实际发射的信号在接收现场所形成的多途结构，进行自适应多途稀疏特征辨识后的频码压缩，使所需的n有较大的降低，组成适应于r=15km的中等通信距离的频带宽度。如n=8，采用FFT鉴频，整机带宽为4.2kHz，如采用CZT鉴频，整机带宽为2.5kHz。

（2）CZT鉴频方式的采用

水声通信信道是严格带限信道，而跳频通信体制的基本要求是扩频。寻找FFT有更高频率分辨率Δf的鉴频方式，是解决带限与扩频矛盾的一个重要办法。

CZT算法不但具有较大的灵活性，而且用来鉴频有可能获得优于FFT的频率分辨率。实验证明，CZT的Δf比FFT的Δf提高2/5，即可分辨频率间隙为3/5×1/τ_s的2个频率。这里的τ_s为频码持续时间，如图3-25为包含τ_s=3ms的1kHz和1.22kHz的2个载频信号的FFT和CZT的鉴频图。图3-25c和d为分别选取在0～4kHz频段和0～2.22kHz频段的做的CZT的细化分析频谱图。可见，FFT无法分辨小于1/τ_s=333Hz的两个信号，但在CZT算法软件中，仍可把频率间隙为220Hz的2个信号分辨出来。(www.xing528.com)

在带限的水声通信信道，即使只使Δf提高2/5，对某些水声通信机还是有意义的。

图3-25 包含频率1kHz、1.22kHz信号的FFT、CZT鉴频图

（3）同步技术的选用

在中等通信距离和较高工作频率的弱多途通信条件下可以采用同步头和匹配滤波相结合的同步方案。

对于条件恶劣的水声通信信道，特别是时域快而强的起伏和低信噪比条件下的水声通信，还是采用信息序列全时间取样方案。

（4）Turbo码在水声通信中的应用

Turbo码将卷积码和交织器结合在一起，实现随机编码，并采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。在低信噪比条件下，获得相当优异的性能。

基于Turbo码的通信系统，译码端码元序列软判决信息的获取方式、迭代算法的选取及其优化情况，在很大程度上决定Turbo码通信系统的误码与实时性，是系统的关键部分。