声学所结合不规则码与开关键控实现高谱效非相干水声通信学术资讯

内容来源：中国科学院

海底无线观测网是重要的海洋实时观测平台，节点之间通过水声链路进行通信，无需电缆连接。这种接入方式灵活、成本低、受复杂海况影响较小，便于向离岸更远的区域扩展，与此相关的通信方案是近些年来的研究热点。

目前国内外普遍采用基于卷积码加多频移键控（multi-frequency shift keying，MFSK）的非相干编码调制通信方案。但是卷积码在衰落信道下可靠译码的信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)门限较高，并且MFSK的频谱利用率非常低，传统非相干通信方案难以满足日益增长的通信需求。

为了实现具有高频谱利用率的非相干通信，中国科学院声学研究所海洋声学技术中心博士生姚衍与研究员朱敏、武岩波以及博士生李栋等提出了一种采用开关键控(on-off keying，OOK)调制的高频谱效率多载波非相干水声通信方案，并结合累加器(accumulator，ACC)和不规则卷积码(irregular recursive convolutional code，IrCC)设计了适应信道的发射机来逼近信道容量。

相关研究成果2020年3月在线发表于国际学术期刊Applied Sciences。

研究人员采用ACC-OOK多频调制来实现高频谱利用率，并利用ACC增加码字间的关联性，降低系统的错误平层；在接收端提出一种低复杂度的迭代门限估计（ITE）算法，解决了OOK调制在水声通信中难以确定判决门限的问题；在通信间隔期间根据信道统计信息对IrCC进行设计并更新，使纠错码与信道相匹配，降低可靠译码所需的SNR门限；最后，基于实际应用场景，对海底声线传播进行建模，提供了无线通信节点布放高度与通信距离、海底坡度之间的计算关系式。

研究结果显示，研究人员提出的ACC-OOK非相干水声通信方案的频谱利用率远高于传统MFSK方案，并且在Rayleigh衰落信道和真实信道下，相较于传统递归系统卷积码（RSC），IrCC显著降低了系统可靠译码所需要的SNR门限。

该研究得到国家重点研发计划（No. 2016YFC0300300）资助。