Page 179 - 应用声学2019年第4期

第 38 卷 第 4 期 张舒然等： 一种鲁棒性强的 OFDM 水声通信系统 639

两条工作船没有航行，其相对速度是由水流引起的，
2 实验结果 平均相对速度大约为0.1 ∼ 0.15 m/s。

水下信道与无线电信道不同，水声通信的能量
将本文提出的通信方案应用于多载波通信系
衰减大，声传播损失不仅与信号频率有关，还受到海
统中并于 2017 年 11 月在浙江省千岛湖进行湖试
水的盐度、温度、密度、深度和传播距离等因素的影
数据采集。在此测试中，使用子载波数 K = 480，
响。此外，声波在界面的反射和在水体中的随机散
中心频率 24 kHz，带宽 12 kHz 的信号，采样率为
射会引起声波的多径效应，因此水声信道的信道估
192 kHz。湖水深度80 m，发射器和水听器部署深度
为10 m，通信距离为600 m 至3500 m。每个数据包 8000
包含N = 20帧数据，每帧数据有M = 4个符号。传 6000
输的文件包含三个数据包，分别为 QPSK、8PSK 和 4000
16QAM调制，各种调制方式采用相同的组包格式。 2000
图5为通信距离2100 m时20帧OFDM接收信 ࣨए 0
号，图6 为前导 LFM信号测量得到的在不同距离处 -2000
-4000
信道冲击响应图，信道延迟扩展时间约为 1 ms。对
-6000
比不同距离处信道冲击响应，可以看出在通信距离
-8000
为 600 m 时直达波旁有一个强多径；通信距离为 0 1 2 3 4 5 6
௑ᫎ/s
1500 m∼2100 m 时，时延时间 5 ∼ 10 ms 处存在多
径信号；通信距离3500 m 时，由于接受信号强度小， 图 5 距离 2100 m 时 QPSK 调制 OFDM 接收信号
多径信号淹没在噪声中。本文计算了当发射机和接 Fig. 5 Received OFDM signal of QPSK modula-
收机距离 2100 m 时相对速度的估计值。在试验中， tion at the distance of 2100 m

1.0 1.0

0.8 0.8
ॆʷӑࣨए 0.6 ॆʷӑࣨए 0.6

0.4
0.4
0.2 0.2

0 0
-10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10
௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms
(a) 600 mܫη᥋фѤ־ऄ (b) 1500 mܫη᥋фѤ־ऄ
1.0 1.0

0.8 0.8
ॆʷӑࣨए 0.6 ॆʷӑࣨए 0.6

0.4
0.4
0.2 0.2

0 0
-10 -5 0 5 10 -10 -5 0 5 10
௑ᫎ/ms ௑ᫎ/ms
(c) 2100 mܫη᥋фѤ־ऄ (d) 3500 mܫη᥋фѤ־ऄ
图 6 不同距离处信道冲击响应
Fig. 6 Channel impulse response of the frame preamble at the different distances