《电子技术应用》
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MAX9814芯片在MFSK水声通信抗幅度衰落中的应用
2021年电子技术应用第2期
李 爽1，2，3，邱逸凡1，2，3，童 峰1，2，3
1.厦门大学 水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，福建 厦门361005； 2.厦门大学 海洋与地球学院，福建 厦门361005；3.厦门大学深圳研究院，广东 深圳518000
摘要： 在集群海洋观测、海洋物联网(IoT)等应用对低成本、小尺寸水声通信设备的需求日益广泛。低复杂度、高可靠性的多进制移频键控（MFSK）调制提供了一种有效的技术方案。针对水声信道恶劣时-空-频变特性给MFSK水声通信带来的严重幅度衰落，采用芯片MAX9814带有的自动增益控制功能对MFSK水声通信进行抗衰落处理，具有小尺寸、高集成的特点。浅海信道海试实验结果表明，采用MAX9814芯片够有效地抑制水声信道所造成的幅度衰落，改善水声通信性能。
中图分类号： TN929.3
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.201098
中文引用格式： 李爽，邱逸凡，童峰. MAX9814芯片在MFSK水声通信抗幅度衰落中的应用[J].电子技术应用，2021，47(2)：41-44.
英文引用格式： Li Shuang，Qiu Yifan，Tong Feng. Application of chip MAX9814 in MFSK underwater acoustic communication anti-amplitude fading processing[J]. Application of Electronic Technique，2021，47(2)：41-44.
Application of chip MAX9814 in MFSK underwater acoustic communication anti-amplitude fading processing
Li Shuang1，2，3，Qiu Yifan1，2，3，Tong Feng1，2，3
1.Key Laboratory of Underwater Acoustic Communication and Marine Information Technique of the Ministry of Education， Xiamen University，Xiamen 361005，China； 2.College of Earth and Ocean Sciences, Xiamen University，Xiamen 361005，China； 3.Shenzhen Research Institute，Xiamen University，Shenzhen 518000，China
Abstract： With the rapidly increasing interests in ocean observation and ocean Internet of Things, low-cost underwater acoustic communication equipment draws more and more attention from the research community. The low complexity and high reliability multi frequency shift keying(MFSK) modulation provides an effective technical solution. However, the typical time-space-frequency characteristic of the underwater acoustic channel will cause severe amplitude fading to the MFSK underwater acoustic communication. Considering that the chip MAX9814 has a large-range automatic gain adjustment capability, it is adopted for anti-fading processing of underwater MFSK communication. The experimental results show that MAX9814 can effectively suppress the amplitude fading caused by the underwater acoustic channel, thus improve the performance of the underwater acoustic MFSK communication.
Key words : frequency selective fading；MAX9814；anti-fading treatment

0 引言

    水声信道是无线通信领域中最为复杂的信道之一。水声信道的复杂性和不稳定性导致信号在传输过程的损耗以及多径效应，接收端接收到原始信号幅度衰落[1]，影响通信系统的解调和误码率。因此，在接收端经常采用自动增益(Auto Gain Control，AGC)的电路[2]，可以将接收到的原始信号的幅度调整到限定的输入范围内，保证信号的完整性和通信的稳定性[3]。目前，自动增益电路在水声通信机中应用广泛，当前对于AGC放大器的设计研究越来越多，一般分为模拟方式和数字方式。王永龙等人[4]研究的基于自动增益控制的声信号处理电路，依靠硬件电路实现放大信号作用，属于模拟方式，复杂度低；赖小强等[5]研究的数字闭环自动增益控制系统，一般依靠算法实现，性能好，属于数字方式。本文依靠电路实现抑制幅度衰落，属于模拟方式。

    针对集群海洋观测[6]、海洋物联网(IoT)[7]、微小型水下无人航行器[8]等应用背景下，对低成本水声通信设备有大量的需求，并且要求水声通信系统低复杂度、小尺寸、低成本、稳健可靠，MFSK提供了一种有效技术方案。传输过程中，MFSK 属于低速率、低复杂度、稳健可靠的通信体制。

    孙柏昶等[9]对8FSK解调方式进行深入研究，从抗频偏性能和解调误码性能的数据结果来看，FSK适合用于极低速通信，适合衰落信道；岳玲等[10]将Turbo编码与基于MFSK的水声通信系统相结合，提出软判决统计量提取算法，进行湖上实验，根据实验结果表明该系统通信稳定、有效。

    由于水声信道的复杂性和不稳定性，信号散射、反射、损耗等现象很常见。在多径严重的信道中，接收信号受到的影响主要表现在幅度上，会出现幅度衰落，时域上表现为码间干扰，频域上表现在频率选择性衰落。接收端收到的信号幅度出现衰落，信噪比降低，解调过程受到影响，提高了误码率，如果两端距离拉长，衰落现象更加严重，接收信号不够完整，会出现完全解调错误的状态。MFSK占用频带较宽，在水声信道传输过程中频率变化会引起幅度衰落，因此自动增益控制是抑制频率选择性衰落的有效手段。

    吴剑明等人[11]设计了两级放大反馈自动增益控制电路，幅度均衡性能良好，提高了水声通信质量。但从硬件实现角度，利用运放、滤波器搭建的自动增益控制电路集成度仍有提高的余地。

    MAX9814是一款低成本、高质量的放大元器件，具有优良的自动增益控制功能和较大的增益调整范围，已广泛应用于助听器[12]、声频检测[13]和发射机[14]。本文应用芯片MAX9814抑制水声信道对MFSK通信造成的频率选择性衰落，并在厦门五缘湾海域进行了实验验证。




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作者信息:

李  爽1，2，3，邱逸凡1，2，3，童  峰1，2，3

(1.厦门大学 水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，福建 厦门361005；

2.厦门大学 海洋与地球学院，福建 厦门361005；3.厦门大学深圳研究院，广东 深圳518000)

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