适用于水声信道新的盲均衡算法及仿真
基于SA—GSO的小波加权多模盲均衡算法
基于SA—GSO的小波加权多模盲均衡算法作者：高敏郭业才来源：《安徽理工大学学报·自然科学版》2012年第04期摘要：为解决传统多模盲均衡算法（MMA）在均衡高阶QAM信号时存在的收敛速度慢、稳态误差大等问题，提出了一种基于模拟退火萤火虫优化的小波加权多模盲均衡算法（SA-GSO-WT-WMMA）。
该算法在MMA的基础上增加了加权项，并引入了模拟退火萤火虫优化（SA-GSO）算法和正交小波变换（WT），利用加权项自适应地调整算法中代价函数的模值，利用SA-GSO算法极强的全局寻优能力来优化均衡器的初始权向量，利用正交小波变换降低信号的自相关性，有效提高了均衡效果。
水声信道仿真实验表明，该算法在降低稳态均方误差和加速收敛速度两方面表现卓越。
关键词：盲均衡；水声通信；正交小波变换；人工萤火虫群；模拟退火；加权多模中图分类号：TN911文献标志码：A[WT]文章编号：1672-1098（2012）04-0023-07基金项目：全国优秀博士学位论文作者专项资金资助（200753）；安徽省高等学校自然科学基金（KJ2010A096）；安徽高校省级科研项目（KJ2011B162）；江苏省“六大人才高峰”培养资助项目（2008026）资助课题；淮南职业技术学院院级科研项目（HKJ10-3）作者简介：高敏（1981-），女，安徽蚌埠人，讲师，在读硕士，研究方向：智能信息处理与通信系统。
目前，水声通信是人们普遍接受的水下通信方式，水声信道中的多径传播、高背景噪声等因素会使信号在传输过程中产生严重的码间干扰[1-5]（Inter-symbolInterference，ISI），通信质量无法得到保证。
为解决这一问题，各种均衡技术应运而生。
盲均衡技术不需要像传统的均衡技术那样通过发送序列来调整均衡滤波器的参数，仅通过接收信号本身的高阶统计信息就能实现均衡器参数的实时调整，不仅保证了通信质量，还提高了通信效率[1]。
基于正交小波变换的变步长盲均衡算法研究
０ 引 言
在现代通信 系统 中， 克服 多径 衰落和信道失 真引起
的码 间干扰 （Ｓ） ＩＩ最有 效 的手 段是存 接收机 中采用 均衡 技术 ， 传统 的均衡 技术是采用发送 周期性 训练序列 的 自
表明 ， 出的新算法明显地提高了收敛速度 ， 提 同时减小 了
剩余误差 。
１ 指数形变步长 常数模 盲均衡 算法
Ｉ ｈ ｒ ｐ ｓ ｄ ｌｏ ｉ ｍ，ｔ ｅ ａ ｉｂ ｅ ｔ ｐ ｓｚ ｄ ａ ｎ ｈ ｒ ｏ ｏ ａ ｖ ｌｔ ｒ ｎ ｆｒ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ｉ ｔ ｈ Ｔ ＣＭＡ． ｎ ｔ ｅ ｐ ｏ ｏ ｅ ａｇ ｒｔ ｈ ｈ ｖ ｒ ｌ ａ ｓｅ — ｉｅ ｉ ｅ ｓ ａ ｄ ｔ ｅ ｏ ｔ ｇ ｎ ｌ ｗａ ｅｅ ｔ ｓｏ ｍ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｄ ｎ ｏ ｅ Ｗ —Ｖ ｈ ａ ｔ Ｓ ｍｕ ａｉ ｎ ｅ ｕ ｔ ｉ ｌ ｔ ｒ ｓ ｌ ｗ ｔ ｕ ｄ ｎ ａ ｅ ａ ｏ ｓｉ ｃ ａ ｎ ｌ ｎ ｉａｅ ｈ ｔ ｈ ｐ ｏ ｏ ｅ ａｇ ｒｔ ｍ ａ ｎ ｔ ｎ ｙ ｈ ｆｓｅ ｃ ｎ ｅ ｇ ｎ ｅ ｏ ｓ ｉ ｈ ｎ ｅ ｖ ｔｒ ｃ ｕ ｔ ｃ ｈ ｎ ｅ ｉ ｄ ｃ ｔ ｔ ａ ｔ ｅ ｒ ｐ ｓ ｄ ｌｏ ｉ ｈ ｓ ｏ ｏ ｌ ｔ ｅ ａ ｔｒ ｏ ｖ ｒ ｅ ｃ ｈ ｒｔ ｓ ｂ ｔ ａｓ ｈ ｅ ｓ ｒ ｓｄ ａ ｅ ｒ ｒ ｗｈ ｃ ｃ ｍｐ ｒ ｄ ｗｉ ｈ ｓ ｆ ＣＭＡ ａ ｄ ａｅ ｕ ｌｏ ｔ ｅ ｌ ｓ ｅ ｉ ｕ ｒｏ ｉ ｈ ｏ ａ ｅ ｔ ｔ ｏ ｅ ｏ ｈ ｎ ＶＣ ＭＡ．
219388441_多普勒频移补偿在水声自适应跳频通信系统中的应用
别好的频点和相对较好的频点具有相同的权重，该方
案不是特别合理 ［４］ 。 由此，有人提出了基于概率的自
适应跳频的解决方案。
基于概率的自适应跳频可以不对频点进行好与
坏的划分，但必须对每个频点单独传输数据（ 不进行
跳频） 时的误码率进行估计。 利用每个频点误码率估
— １２ —
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第８期
２０２３ 年 ４ 月
Ｎｏ ８
Ａｐｒｉｌ，２０２３
无线互联科技·电子通信
设收发双方的跳频图案完全同步，对于跳频通信
发送的某一比特数据，发送端如果发送 ０，则信号的
中心频率为 ｆ ０ ；如果发送 １，则信号的中心频率为 ｆ １
ｖ
ｖ
ｖ
＝
＝
ｆ′ ＝
ｆ
（７）
λ ｓ ｖＴ － ｖ ｓ Ｔ ｖ － ｖ ｓ
如果发送端远离接收端运动，则：
ｖ
ｖ
ｖ
＝
＝
ｆ′ ＝
ｆ
（８）
λ ｓ ｖＴ ＋ ｖ ｓ Ｔ ｖ ＋ ｖ ｓ
这里 λ ｓ 理解为由于发送端的运动。 在发送端发
出波的时候，波长已经不是 λ 了，而是要加上或减去
一个周期内发送端通过的距离。
（３） 接收端以相对介质的速度 ｖ０ 运动，发送端以
选择性衰落的信道上保证高质量的数据传输。 基于概率的自适应跳频通信在传统的自适应跳频通信
的基础上，根据信道通信质量的好坏分配不同的使用概率，能够进一步提高系统的可靠性和安全性。
在水声通信中，多普勒现象非常明显。 在水声基于概率的自适应跳频通信系统中，引入多普勒频移补
基于改进盲均衡算法的水声通信可靠性研究
Ｌ ｅ—ｘ ａ ｇ ＩＸｕ ｉｎ ．ＡＮ ｅ—ｑ ｎ Ｘｕ ｉｇ
（ ．ｏｗ ｒ Ｔｃ ｎｌ ｙＳｈｏ， ｈｎ ｚｏ ｎ ｅｓｙ Ｚ ｅｇｈｕ４ ００ ， ｈｎ ； １ Ｓｆ ａｅ ｅｈ ｏ ｇ ｃ ｏｌ Ｚ ｅｇｈｕＵ ｉ ｒ ｔ， ｈ ｎｚｏ ５０ ２ Ｃ ｉａ ｔ ｏ ｖ ｉ ２ ｅａｔ ｎ ｆ ｔ ｍ ｔｓ Ｚ ｅｇｈｕＵ ｉ ｒ ｔ， ｈｎ ｚｏ ， ５０ ２ Ｃ ｉａ ．Ｄ ｐｒ ｔ ｈ ａｉ ， ｈｎｚｏ ｎｖ ｓ ｙ Ｚ ｅ ｇｈｕ ４ ０ ０ ， ｈｎ ） ｍｅ ｏ Ｍａ ｅ ｃ ｅｉ
失真 的接受端信号 ， ｎ 是 经过 信道均 衡后得 到 的接收端 Ｙ（ ）
信号。由于传统方法不能及时掌握信道 变化特性 ， 造成均衡 后的信号依然存 在较高的码问干扰 ， 因此造成均衡 的性能不 高。由水声通 信的数据可靠性定义知 ， 通信数据 的可靠性 与
ｃ ｍｍｕ ｉａｉ ｎ ｄ ｔ ｌ ｉ ｔ ｏ ｉｈ ｏ ｎ ｃ ｔ ａ ａｒ ｉ ｌ ｙ ｉ ｎ ｔｈ ｇ ．Ｆ ｒ ｈ ｓ ｕ ｒ ａ ｄ ｔ ｅ ｉ ｒ ｖ ｍｅ ｔ ｆｔ ｅｂ ｉ ｄ ｅ ｕ ｉａｉｎ ａｇ ｒ ｈ ｏ ｅａ ｉ ｓ ｂ ｏ ｉ ，ｐ ｔ ｗ ｒ ｍｐ ｏ ｅ ｎ ｌ ｑ ａ ｚ ｔ ｌ ｏ ｔ ｍ， ｔ ｏ ｆ ｈ ｏ ｈ ｎ ｌ ｏ ｉ ｂ ｉｄ ｅ ｕ ｌ ａｉｎ ａｇ ｒ ｈ ｄ ｅ ｏ ｅ ｄ ｔ ｉ ｉ ｇ ｓ ｑ ｅ ｃ ，ｎ ｅ ｏ ｋ ｏ ｅ ｓａｉｔ ｈ ｒｃ ｅ ｓｉｓｏ ｅ ｄ ｎ ｅ ｌ ｑ ａｉ ｔ ｌｏ ｔ ｍ ｏ ｓｎ ｔ ｎ ａ ｎ ｎ ｅ ｎ ｚ ｏ ｉ ｓ ｒ ｕ ｎ ｅ ｅ ｄ ｔ ｎ ｗ ｔ ｔ ｔ ｉ ｃ ａａ ｔｒ ｔ ｆｓ ｎ ｉ ｇ ｓ — ｈ ｓｃ ｉ ｃ ｑ ｅ ｃ ａ ｅ ｓ ｎ ｅ ｉｆ ｒ ｔ ｎ ｒ ｃ ｖ ｒ ，ｃ ｎ ｅ ｓ ｒ ａａ ｃ ｄ ｔ ｌ ｅ ｓ ｎ ａ ｂｉ ｄ ｂ ａ ｃ ｄ ｏ ｈ ａ ｉ ｏ ｓ ｕ ｎ ｅ ｃ ｎ ｂ ｅ ｔｔ ｎ ｏ ｍａｉ ｅ ｏ ｅ ｙ ａ ｎ ｕ ｅ ｂ ｌｎ ｅ ｉ ｉ ｓ ，ｉ ｌ ａｎ ｅ ｎ ｔｅ ｂ ｓ ｆｉ ｈ ｏ ｍｅ ｎ ｎ ｌ ｓ ｔ
一种有效的水声信道盲均衡算法
（ ） 最 后将 新算 法 与其他 常 规算 法进 行 性 能 比 ＤＤ ；
较， 并对 算法 的性 能进 行 了分析 ， 真结果 验证 算 仿 法 的有 效性 ．
（Ｅ） Ｓ Ｉ盲均 衡算 法 具有 较 快 的收 敛 速 度 ， 此 ， 为 文 献Ｅ ］ Ｃ ｓ 在 ＭＡ－ Ｆ Ｄ Ｅ算 法 和 Ｓ Ｉ 法 的基 础上 提 Ｅ算
出了一 种 超 指 数 判 决 反 馈 盲 均 衡 算 法 （Ｅ— ＳＩ
１ 超 指 数 迭代 判 决 反馈 盲 均衡
引进 基于 判决 反馈 的盲 均衡 算法 主要 有 ２ 个 原 因ｌ ： １ ８ （ ）当 信 道 存 在 靠 近 单 位 圆 的 零 点 时 ， Ｊ
Ｆ Ｒ均衡 器会 在 相 应 的 位 置 生成 极 点 ， Ｉ 以抵 消零
一
种新 的 自适 应 变 步 长 算 法 应 用 到 前 馈 滤 波 器 前 向 权 值 的迭 代 步 长 中 ， 高 算 法 收 敛 速 度 ； 采 提 并
取 判决 误 差 切 换 准 则 ， 上 述 改 进 算 法 与 判 决 导 引 算 法 有 机 结 合 起 来 ， 高 算 法 稳 健 性 和 收敛 性 将 提 能 ． 真 结 果 证 明 了该 算 法 的 有 效 性 ． 仿 关 键 词 ： 声 信 道 ； 均 衡 ； 指 数 迭 代 ； 决 反馈 ； 步 长 ； 决 导 引 水 盲 超 判 变 判
Ｖｏ１ ６ Ｎｏ． ．３ １ Ｆｅ ｂ． ２Ｏ１ ２
一
种 有 效 的水 声 信 道 盲 均 衡 算 法 ＊
宁 小 玲 刘 忠 李 朝 旭 夏 清 涛
声纳 将海底世界尽收眼底
潜艇声纳角度和潜艇运行罗盘方向角度一致吗？ 例如，潜艇朝正东行驶， 声纳显示90度方向有螺旋桨声，能判断是何位置？ 潜艇可以360度探测声音来源。如果90度有螺旋桨声，可以将舰艏对准声源， 0度时就可以往声源靠近并发射鱼雷。
数字声纳是相对哪种声纳而言的?有光学声纳吗? 一般声纳是发射模拟声波，撞击目标后的声波返回后，由声纳兵监听后分析结果， 而数字声纳发射的则是由计算机控制的，返回后的声波由计算机处理成计算机可 以识别的0和1，和计算机数据库中的数据对比，得出目标的具体情况，这种声纳 称之为数字声纳。 数字声纳是相对于模拟声纳而言的，没有光学声纳，只有光纤声纳。相对于传统的 压力敏感陶瓷（受压时陶瓷的电阻会发生变化）为基础的声纳，现代的光纤声纳， 利用光纤受压时在光纤中传导的光的相位会发生变化，该相位差利用没有受压的 光与受压光的衍射效应精确测定。利用一组摆放方位不同的光纤可以在水中精确 测定声源的位置。探测距离和精度提高很多。 数字管道成像声纳是干什么用的，有什么作用？ 数字管道成像声纳主要用于在有水的条件下检查各类管道、水渠、方沟的缺陷、破 损及淤泥状态等。声纳的探头通过CCTV机器人、浮筏及专用机架等载体进入满 水或其他水位条件下的管道、水渠、方沟中，通过操作操作系统的画面，直观地 描述管道、渠沟的状态，为维修养护提供决策依据。
被动声纳指什么？ 被动声纳技术是指声纳被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备 发射的信号，以测定目标的方位。它由简单的水听器演变而来，它收听 目标发出的噪声，判断出目标的位置和某些特性，特别适用于不能发声 暴露自己而又要探测敌舰活动的潜艇。
声纳用什么测距离？ 利用回声时间*声速来测距离，具体来说就是发射声波，然后收到目标回声 ，利用发射和接收到回声这段时间乘以声速，然后除以2就得到目标距离 。当然要得到精确的结果还要考虑多普勒效应。 鲨鱼皮有吸收声纳的效果吗？ 有，因此有人造鲨鱼皮做成潜艇的外壳，可以有效的降低声纳的刺探。
水声信道盲均衡优化仿真研究
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｃ ｏ ｍ ｐ ｕ ｔ ｅ ｒ ａ ｎ ｄ Ｃ ｏ ｎ ｔ ｒ ｏ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ ｏ ｆ Ｑ ｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｒ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ，Ｑ ｉ ｑ ｉ ｈ ａ ｒ Ｈ ｅ ｉ ｌ ｏ ｎ ｇ ｊ ｉ ａ ｎ ｇ １ ６ １ ０ ０ ６ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
ｉ ｚ ｅ ｄ，ａ ｎ ｄ ｈｅ ｔ ｎ ｔ ｈ ｅ ｍｏ ｍｅ ｎ ｔ ｕ ｍ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ｃ ｌ ｅ ｌｇ ａ ｏ ｉ ｒ ｔ ｈ ｍ ｗａ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｆ ｉ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｉ ｒ ｇ ｈ ｔ ｖ ｅ ｃ ｔ ｏ ｒ ｓ ｕ ｂ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｓ ｏ ｌ ｕ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ ｔ ； ｉｎ ｆ ｌｌ ａ ｙ，ｔ ｈ ｅ
ｒ ｉ ｔ ｈ ｍ ｏ ｐ ｔ ｉ ｍｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｉ ｓ ｐ ｏ ｏ ｒ ．Ｉ ｎ ｏ ｒ ｄ ｅ ｒ ｔ ｏ ｓ ｏ ｌ ｖ ｅ ｔ ｈ ｅ ａ ｂ ｏ ｖ ｅ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍｓ ，ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐ ｅ ｒ ｐ ｕ ｔ ｏｒ ｆ ｗａ ｒｄ ａ ｎ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ
ＡＢＳ ＴＲＡＣＴ： Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ｏ ｎ ｂ ｌ ｉ ｎ ｄ ｅ ｑ ｕ ａ ｌ ｉ ｚ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｐ ｒ ｏ ｂ ｌ ｅ ｍ ｆ ｏ ｒ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｏ ｕ ｓ ｔ ｉ ｃ ｃ ｈ ａ ｎ ｎ ｅ １ ．Ｂ ｅ ｃ ａ ｕ ｓ ｅ ｔ ｈ ｅ ｕ ｎ ｄ ｅ ｒ ｗ ａ ｔ ｅ ｒ ｉ ｓ ｉ ｎ －
水声通信技术研究进展及应用
水声通信技术研究进展及应用摘要：水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式，由于其在民用和军事上都有重大意义，水声通信的研究一直是国内外研究的热点。
文章介绍了水声通信的历史，分析了水声通信发展的关键技术，讨论了水声信道的特点、系统组成和国内外的发展现状。
最后对未来的水声通信技术作了预测。
关键词：水声通信，通信信道，声纳，正交频分复用，声纳信号处理1 引言当今世界已进入了飞速发展的信息时代，通信是这一进程中发展最为迅速、进歩最快的行业。
陆地和空中通信领域包括的两个最积极、最活跃和发展最快的分支--Internet网和移动通信网日臻完善，而海中通信的发展刚刚崭露头角。
有缆方式的信息传输由于目标活动范围受限制、通信缆道的安装和维护费用高昂以及对其他海洋活动（如正常航运）可能存在影响等缺点，极大地限制了它在海洋环境中的应用。
另外由于在浑浊、含盐的海水中，光波、电磁波的传播衰减都非常大，即使是衰减最小的蓝绿光的衰减也达到了40dB/km，因而它们在海水中的传播距离十分有限，远不能满足人类海洋活动的需要。
在非常低的频率（200Hz以下），声波在海洋中却能传播几百公里，即使20 Hz的声波在水中的衰减也只有2—3dB/km，因此水下通信一般都使用声波来进行通信。
而在这个频率范围内，声波在水中（包括海水）的衰减与频率的平方成正比，声波的这个特性导致了水下声信道是带宽受限的。
采用声波作为信息传送的载体是目前海中实现中、远距离无线通信的唯一手段。
海洋水下信道是一个极其复杂的时间-空间-频率变化、强多径干扰、有限频带和高噪声的信道，这是至今还存在的难度最大的无线通信信道。
研究水声通信必须综合物理海洋学、声学、电子技术和信号处理等多种学科和技术的知识，现在水声通信的研究已经成为各国科学和工程技术人员研究的热点之一。
另外，海洋声学技术尤其是水声通信技术是国际发达国家对我国实行封锁的领域，因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远。
水声通信的新进展1
水声通信的新进展随着海洋事业的不断发展，利用水声信道来对潜艇进行远程水声通信已成为近年来国际上研究的焦点。
无人水下航行器(UUV); 水声信道恶劣的传输特性使得在海洋中实现远距离、高速率、高可靠的信息传输成为富有挑战性的研究课题。
在中远程海洋水声信道中，可用带宽窄、多途干扰强、信号起伏衰落严重等因素成为水声信息高速可靠传输的主要障碍，因此如何在远程水声信道中高速率准确地传输数据，成为水声通信技术一个难点。
随着人类利用和开发海洋活动的日益深入，人们对水声个人数字通信技术需求也日趋迫切，并且水声个人通信技术对国防建设和海洋经济的发展也有着极其深远的意义。
由于浅海水下信道受到多径传播和时变，空变的影响，声信号的畸变非常严重，为了实现水下信息安全准确和高速的传输，必须对水下信道特性，调制解调技术和水声通信中抗多径，抗衰落技术进行深入研究。
Digital Underwater Personal Communication水下个人数字通信Long Distance Underwater Acoustic Communication; 远程水声通信系统High Speed Underwater Acoustic Communication Techniquesnew underwater acoustic communication systemUWA Communication Technology Based on the Time Reversed Pattern Time Delay Shift Coding Array Processing Technology Based on the Vector-SensorUnderwater Navigation,Orientation and ComunicationVector Acoustic Field; 矢量声场;Acoustic Vector-Sensor; 声矢量传感器;Single Vector Hydrophone; 单矢量水听器;Acoustic Vector Time-reversal Mirror; 矢量反转镜;arrival Estimation; 方位估计; Time Delay Coding;时延编码shallow water channel; 浅水信道Underwater-acoustical Remote-control Buoy; 水声遥控浮标Phase-Coherent Communications and Adaptive Equalization for UWA Channels水声相位相干通信与自适应均衡;Joint Frequency and Phase Modulation Technique; 联合频率相位调制技术;Long Distance Underwater Acoustic Communication浅海水声数据传输技术研究【英文题名】Studies on Data Transmission Techniques in Shallow Water Acoustic Channels Underwater Sound Channel在人类探索和开发海洋的过程中,水声通信技术得到了迅速的发展,已经在海洋勘探、灾难预报、水下遥控、海洋信息采集、对潜通信等领域发挥着极其重要的作用。
水声通信与水声网络的发展与应用_许肖梅
第28卷第6期声学技术Vo l.28,No.6 2009年12月 Technical Acoustics Dec., 2009水声通信与水声网络的发展与应用许肖梅(厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，厦门 361005)摘要：水声信道是迄今为止最为复杂的无线通信信道之一，其固有的时-空-频变以及窄带、高噪、强多途、长时延传输等特征，使水声通信和水声网络在性能上还难以满足人们在实际应用中的迫切需求，面临极大的技术挑战。
介绍了水声通信与水声网络的特点和发展现状，分析了复杂多变的水声信道特点及水声通信所要解决的关键技术，包括调制、解调技术和信号检测技术；介绍了水声网络中的拓扑结构、多路访问、MAC协议和路由选择等方法。
最后简要介绍美国Teledyne Benthos 公司的水声Modem和美国海军的海网Seaweb网络及国内在此方面所取得的一些进展及应用前景。
关键词：水声Modem；水声网络；水声信道；Seaweb中图分类号：TB557 文献标识码：A 文章编号：1000-3630(2009)-06-0811-06DOI编码：10.3969/j.issn1000-3630.2009.06.026Development and applications of underwater acousticcommunication and networksXU Xiao-mei(Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technology,Ministry of Education, Xiamen University, Xiamen 361005, China)Abstract: Underwater acoustic channel is one of the most complex wireless communication channels. The inherent characteristics, such as space-time-frequency varying, narrow-band, high-noise, strong multipath interference, long transmission delay, and large fluctuation, make the effectiveness and reliability of underwater acoustic communication face enormous challenges. In this paper, the features and development of underwater acoustic communications and networks are introduced, the key techniques in UAC and UACN, including modulation, demodulation and signal de-tection analyzed, and the protocol layer in UACN provided. Finally the 4th generation modem made by Benthos and the US Navy‘s Seaweb Program and the perspective on development and application of UAC and UACN in China is illu-minated.Key words: underwater acoustic Modem; underwater acoustic network; underwater acoustic channel; Seaweb1 引言海洋蕴藏着丰富的资源，实现海洋观测、资源勘探与开发是当前各海洋国家最为关注的问题之一。
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第 ２ ６卷
第 ３期
西 安 工 业 学 院 学 报
Ｊ ＯＵＲＮＡＩ ＯＦ ＸＩＡＮ ＮＳ ＴＵＴＥ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＩ ’ Ｉ ＴＩ ＯＧＹ
Ｖｏ１ ２ ＮＯ． ．６ ３
２０ ０ ６年 ６月
Ｊ ｎ ２０ ｕ． ０６
能优 于双模 式算 法．
关键 词 ： 盲 均衡 算 法 ； 时变水 声信道 ； 双模 式 算法 ； 位 失真 ； 码性 能 相 误
中 图 号 ： ＴＮ９ ９ ３ ２ ． 文献标 识 码 ： Ａ
水 声信道 的带 宽非 常有 限ｌ ， １ 且存 在着 严重 的 ］ 多途 干扰 ， 在很 大程 度 上 限制 了水 下 通讯 的速 率． 传统 的信 道均衡 采 用 Ｌ ＭＳ算 法 ， 要 发 送 大量 的 需 训 练序 列 ， 以获得 信 道特 征 ， 占用 大量 的不 富 裕 将 的水下 信道 带宽． 目前 的盲 均衡技 术不需 要训 练 而
文 章 编 号 ： １０ —７ ４ ２ ０ ） ３２ ３０ ０ ０５ １ （ ０ ６ ０ —３ —４
适 用 于 水 声信 道 新 的盲 均 衡 算 法及 仿 真
杨 永 侠 ，杨 红 丽 ，王 华 荣 ，冯 西 安
（ ． 安 工 业 大 学 电 子 信 息 工 程 学 院 ， 安 ７ ０ ３ ；． １西 西 １ ０ ２ ２ 西北 工业 大学 ）
Ｎ） ， 志 ） Ｃ（ ）一 （ ）ｃ １ ） ，～（ ） ＬＮ ，－ … Ｃ 志 ） ．
现结 合 ＱＡＭ 系统［ 的特 点 ， 结合 双模 式盲 ３ 再
均 衡算法 ， 以将 Ｃ 可 ＭＡ 算法 中的代 价 函数 改 写为
Ｊ（ ）一 ＪＲ 志 ＋ Ｊｌ志 志 （） （） （） １
其中Ｊ 志 （ ）和 Ｊ （ ） ・志 是代 价 函数 的实部 和虚 部． 若将均 衡器 的输 入描述 为
Ｙ（ ）一 ＹＲ 志 ｋ （ ）＋ ｊ （ ） ｖＩ志 （） ２
１ ＮＣ ＭＡ 算 法 的 基 本 原理
考虑一个线性 系统 ， ｛ （ ） 为非高斯 、 设 ｎ志 ｝ 零均值 平 稳 随机序 列． 衡器 基带等效 模 型如 图 １ 均 所示 ．
，
对于 式（ ） 最 快 速 下 降 梯 度 算 法 极 小 化代 ３按
易于实 现 的特性 而广 泛使 用． 但是 Ｃ ＭＡ算 法 仅与 接收 信号 的幅值有 关 ， 而与相 位无关 的特 点决 定 了
它在 均衡信 道存 在相 位旋转 时 ， 均衡器 收敛后 的输
出信号有 一个 任意 的相位旋 转． 以对 于 时变水 声 所 信道 ， 由于 随 机 相 位 失 真 ， ＭＡ 算 法 的误 码 性 能 Ｃ 将 严重 下 降． 此 ， 种 提 高 了 Ｃ 因 一 ＭＡ 算 法 收 敛 速 度 算法 （ 双模 式盲均 衡算 法 ） ］ 的基础 上 ， 出 了一 提 种新 的盲 均 衡 算 法 （ ＭＡ） 此 算 法 是 与 相 位 有 ＮＣ ， 关的， 能有 效克 服快速 时变 信道 问题．
摘 要 ： 对 于时 变水声信道 ， 于随机 相 位 失 真 ， 由 常数 模 算 法 （ｏ ｓａ ｔｍｏ ｕｕ ｌｏｉ ｍ， ｃｎ ｔｎ ｄ ｌｓａｇ ｒ ｈ ｔ
Ｃ ＭＡ） 的误码 性 能将 严 重下 降． 在基 于一 种 双模式 盲均衡 算 法的基 础上 ， 出了一 种 与相 位 相 提 关的新 的盲 均衡 算 法 （ ＭＡ） 并 用 ＱＡＭ 系统进行 了计算机 仿 真． ＮＣ ， 将仿 真 结果与 双模 式算 法 进 行 比较 ， 显示 出该算 法性能优 于双模 式算 法 ， 够 达到 对 信 号相 位 失 真的 恢 复 ， 能 并且 收 敛 性
维普资讯
２４ ３
西 安 工 业 学
院 学 报
第 ２ ６卷
式… 一 中 Ｒ
法的描 述如下 ：
；１搿 ． Ｒ一 ２ ．
（ ） ４
（ ５）
长度 、 反射 系数 等 因素有 关 的． 时变 信道 冲激 响应 的表 达式 为
ｙ（ ） 别表示 抽 头 系 数 向量 和均 衡 器 输 入 向量 ， 志分 均衡器输 出 ｚ ｋ （ ）一 Ｃ （ ） 志 ， 均 衡 器 的 阶 数 志 ｙ（ ） 若
是 ２ Ｎ＋ １ 则 ｙ（） （ （ ＋Ｎ）ｙ ｋ ， 志 一 志 ， （ ＋Ｎ一１…，（ ） ｙｋ
—
函数仅 与接 收信 号 的 幅值 有 关 ， 相位 无 关 ， 单 与 简
信道 中性 能非 常必要 的．
盲 均衡算 法 中 ， ＭＡ 算 法 由于 韧 性 好 ， 价 Ｃ 代
均衡 器 的输入 信号 ｛ （ ） 一 ｛ （ ） ｈ 志 ｝ ｙ ｋ ｝ ｎ 志 （ ） ， ａ 志 为传输 信号 ， （ ） （） ｈ ｋ 为基带 信道 的冲激 响应 ， 表示 卷积 ． 衡 器 为横 向 （ Ｉ 均 Ｆ Ｒ）结 构 ， Ｃ（ ）和 设 ｋ
则 可 以分 别定 义代 价 函数 的实 部 和虚部 ：
Ｊ （ ）一 Ｅ｛ （ ）一 Ｒห้องสมุดไป่ตู้ ） ， （ Ｒ志 （ 志 ． ｝ Ｊｌ志） Ｒ
一
Ｅ｛ （ ） （ ｆ 志 一Ｒ２ ）｝ ． １
（） ３
＊
收 稿 日期 ： ０ ６０ — １ ２ ０ — １ １
作者简介 ： 杨永侠 （９ ２） 女， １ ６ 一 ， 西安工业大学副教授， 主要研究方 向为信号处理
序列 ， 自动跟 踪通道 的变化 ， 可节省 大量 带宽 ， 有效 提高 信息 的传输速 率 ， 因此研 究盲 均衡算 法在 水声
图 １ 均 衡 器 的 基 带 等 效 模 型
Ｆｉ． Ｅｑ ｉ ａｅ ｔｔ ｈ ａ ｅ ｍｏ ｅ ｏ ｑ ａｉｅ ｇ１ ｕ ｖ ｌ ｎ Ｏ ｔ ｅ ｂ ｓ ｄ ｌ ｆｅ ｕ ｌ ｒ ｚ