对用于低频水声通信的最佳调制有何想法?

信息处理 数字通信 调制 声学
2022-01-13 13:31:11

我想 ping DSP hivemind,了解用于低频水下通信的最佳调制类型的一般想法。我选择了这个项目,因为我可以从中学到很多东西。

一些上下文:

  • < 500 Hz 的低频(显然对于载波和调制数据)
  • 比如说 BPS,200 Hz 会很好。
  • 肯定会有多路径。
  • 由于多普勒,频率可能会被最多原始频率的 0.3% 拖尾。

到目前为止我发现了什么:

  • 我在考虑 OFDM,但我了解到,虽然信道估计更容易,但它对多普勒效应更敏感。
  • 我也在考虑啁啾调制,有没有人做过这样的事情?

你都有些什么想法呢?

编辑:我附上了一些我认为是“最坏情况”的场景(多路径通道,对于 bps = 200 Hz)。通道以时域中的位数表示,因此您可以更轻松地查看在下一次反射到达之前通过了多少位。

案例 1:在此处输入图像描述 案例 2:在此处输入图像描述 案例 3:在此处输入图像描述 案例 4:在此处输入图像描述

笔记:

  • 正如我们所看到的,我几乎总是有第二条路径几乎相等,但相位相反,准备将它粘在我的主要路径上。
  • 对于 1000 位 @ 200 bps(5 秒)的数据包,我想通道可能会发生显着变化……但同时,我们可以完全控制数据包的长度和内容。
  • 我们可以假设由于多普勒造成的频率偏移相对“表现良好”,即没有突然的“抖动”。由于载波失配导致的频率偏移也可以被认为表现得很好。
1个回答

那是一个令人讨厌的信号环境。我会做一点 DSP 柔道,并通过使用rake 接收器使多路径为您工作,这应该使多路径信号增加而不是降低您的 SNR。

瑞克接收器仅在CDMA系统中使用(据我所知,无论如何),但这并不是因为它们只能在CDMA系统中使用。问题是符号周期。以下引用来自一篇关于 rake 接收器的论文:

RAKE 接收机试图通过为每个多径信号提供单独的相关接收机来收集原始信号的时移版本。之所以可以这样做,是因为当多径分量的相对传播延迟超过一个码片周期时,它们实际上与另一个分量不相关。

因此,它们用于 CDMA 系统而不是 GSM 系统的原因是因为芯片速度要快得多,因此多径信号不会以相同的芯片/符号到达。对于 GSM 和其他“窄带”信号,情况并非如此。即使您的比特率非常低,多径信号的延迟似乎仍然大于一个符号,所以这个约束应该不是问题。

另一个问题是检测多路径。我认为这可以通过已知的数据序列(例如序言)来完成,但我承认我不是 rake 接收器方面的专家。

如果 rake 接收器无法正常工作,您仍然可以使用长均衡器来处理多路径。

关于系统的其他元素,如果没有反馈,我会使用FEC(可能是 Turbo 码)发出 QPSK 信号。如果您确实有反馈,我会做同样的事情,但也会动态地将调制类型从 QPSK 更改为 16-QAM 或其他东西,具体取决于信号通过的情况。

编辑:经过一番思考,我意识到为什么 rake 接收器和 CDMA 系统齐头并进。问题是,即使您检测到多径信号,除非它具有正SINR,否则它对您没有多大好处根据定义,最多一个多径信号可以具有正 SINR,因为对于所有其他多径信号,最强的信号会压倒它们。

这就是解扩的用武之地。一旦多径信号被解扩,它将有一个正的 SINR,假设扩频因子足够大以克服初始的负 SINR。鉴于此,我认为正确的解决方案是放宽 500 Hz 的限制,使用相当大的扩频因子和 rake 接收器来组合各种多径信号。

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