基于分数阶Fourier变换的多载波Chirp中远程水声通信技术.pdf

《基于分数阶Fourier变换的多载波Chirp中远程水声通信技术》这篇文章探讨的是在水声通信领域中采用的一种创新技术，主要利用线性调频（Chirp）信号的特性，并结合分数阶Fourier变换（FrFT）进行多载波通信。Chirp信号因其独特的脉冲压缩特性和时宽带宽积增益，成为水声通信中的优选，尤其在抵抗多普勒扩展和频率选择性衰落方面表现出优势。 文章首先介绍了Chirp信号的优势，它具有较大的时宽乘积，能够有效对抗多普勒频移，而且其脉冲压缩属性有助于提高通信系统的抗干扰能力和稳定性，特别适用于复杂的水下环境。Chirp信号在分数阶Fourier变换域中呈现出能量聚集的特性，类似于正弦信号在普通傅立叶变换域中的表现。 接着，作者提出了一个基于FrFT的多载波Chirp水声通信方案。该方案采用了二进制正交键控（BPSK）的调制方式，利用Chirp信号在FrFT的最佳分数阶变换域的特性，省去了传统的均衡环节，简化了接收端的系统结构，同时保持了足够的系统强壮性。这种方法不仅降低了系统复杂度，还提高了通信效率。 通过计算机仿真、实验室水池实验以及海洋实地试验，该方案的性能得到了验证。在通信距离达到10公里，平均水深为18米的浅海水声环境中，系统通信速率达到553 bit/s时，误码率可以达到10的负十一次方级别，显示出了良好的通信质量和可靠性。 此外，文章也指出随着海洋资源开发的需求增加，对水声通信的距离、数据速率以及功耗的要求也在不断提高。浅海水声信道的复杂性，如多径干扰、多普勒频移等问题，使得研究更高效、稳健的通信技术显得尤为必要。Chirp信号和分数阶Fourier变换的结合为此提供了一个有效的解决方案。 总结来说，本文提出的技术方案在水声通信领域具有重要的实践意义，它通过优化Chirp信号的处理方式，实现了远程、高速的通信，对于提升海洋环境监测、海洋辅助导航等应用的通信性能有着积极的促进作用。