水声信道中跳频通信系统设计与仿真

针对水声信道复杂多变和强多途等特点,建立了包括时变衰落、多途干扰和加性高斯白噪声干扰的水声信道模型,提出了一种基于非相干多频移键控(MFSK)调制的跳频通信系统方案(FH/MFSK), 描述了其仿真实现过程,给出了其在瑞利衰落和莱斯衰落水声信道下系统性能的仿真结果,并对其进行了详细分析,为水声信道中FH/MFSK系统设计的参数选取和性能优化提供参考.结果表明,FH/MFSK水下通信系统可以有效克服多途干扰,对多普勒有一定的免疫性,可以实现可靠的水下通信.     

基于正交小波变换的判决引导联合盲均衡算法

为了克服水声信道时变多途的影响和基于统计特性的线性均衡(LE)算法收敛后稳态误差大的缺点,提出了基于正交小波变换(OWT)的判决引导联合盲均衡算法(OWT-LE+DD).该算法将OWT理论引入,充分利用OWT良好的去相关性,加快了收敛速度,并采用软判决的方式与判决引导(DD)算法相结合,纠正信道引入的载波相位旋转,减小了稳态误差。水声信道的仿真结果,表明了算法的有效性。     

多输入多输出正交频分复用浅海水声通信打孔判决反馈信道估计算法

主要研究多输入多输出正交频分复用(MIMO-OFDM)水声通信判决反馈信道估计技术。针对传统判决反馈信道估计算法在非高斯加性噪声环境下跟踪估计缓慢时变水声信道存在误码遗传的缺点,提出了水声通信打孔判决反馈信道估计算法。利用级联码解编码信息评价水声信道频域响应估计值的可靠性,删除偏差明显的频域子信道,结合插值等手段恢复完整的信道频域响应,作为信道反馈信息。仿真和水池实验结果表明,基于打孔技术的判决反馈信道估计算法相较传统算法能够更好地抑制误码遗传,对抗突发噪声,跟踪信道的缓慢时变,提高水声通信质量。     

基于分数阶Fourier变换的远程水声通信技术研究

针对水声通信中所采用的窄带信号传输距离近和抗干扰能力不足的问题,提出一种采用线性调频( LFM)作为载波信号,采用分数阶Fourier变换作为解码方式的水声通信方案.该方案采用在时域进行LFM信号的码元分割,在分数阶变换域借用脉冲位置调制(PPM)进行解码的方法进行通信,并通过Rake接收机进行路径分集接收抑制水声信道...     

单载波频域均衡技术及其在水声通信中的应用

论述了水声通信单载波频域均衡（SC-FDE）的基本原理、系统框架以及在SC-FDE系统中所采用的基于导频的最小平方（LS）信道估计方法。针对水声通信信道的特点，分别对SC-FDE和OFDM在相同多径效应和多普勒频移条件下的性能进行了分析，结果表明：在较高信噪比条件下，SC-FDE可比OFDM更有效地对抗多径和多普勒频移的影响。此外，SC-FDE还能克服OFDM存在的峰平功率比（PAR）过大的问题。该技术在水声通信中有良好的应用前景。     

基于MFCC的OFDM信号子载波调制方式识别方法

针对多径信道下传统的OFDM信号子载波调制方式识别方法存在识别率不高,判决门限不易确定,子载波调制方式识别不全面等问题,提出一种基于MFCC的OFDM信号子载波调制方式识别方法.利用语音模型下的识别算法提取OFDM信号的MFCC特征参数,计算出各阶MFCC特征参数的平均标准偏差和平均变化率,并将两类参数的组合作为OFDM信号子载波调制方式分类特征量对子载波调制方式进行识别.仿真实验结果表明,该方法能够有效实现多径信道下OFDM信号子载波多种调制方式的识别,且识别性能优于传统方法.     

基于MFCC的OFDM信号子载波调制方式识别方法

针对多径信道下传统的OFDM信号子载波调制方式识别方法存在识别率不高,判决门限不易确定,子载波调制方式识别不全面等问题,提出一种基于MFCC的OFDM信号子载波调制方式识别方法.利用语音模型下的识别算法提取OFDM信号的MFCC特征参数,计算出各阶MFCC特征参数的平均标准偏差和平均变化率,并将两类参数的组合作为OFDM信号子载波调制方式分类特征量对子载波调制方式进行识别.仿真实验结果表明,该方法能够有效实现多径信道下OFDM信号子载波多种调制方式的识别,且识别性能优于传统方法.     

浅海多时频调制频移键控水声通信算法性能仿真

研究了一种采用多频码元进行固定时延编码的浅海多时频调制频移键控水声通信算法(MTFSK—Mutiple Time Frequency Shift Keying),并结合建立的浅海水声信道模型对算法进行了仿真研究。仿真结果表明:MTFSK算法性能稳定可靠,误码率小于10~(-4)。     

单矢量差分幅度相移键控正交频分复用水声通信研究

为了在不牺牲通信带宽利用率的前提下,进一步提高水声通信质量,在描述高阶差分幅度相移键控调制技术和单矢量信号处理技术的基础上,基于矢量水听器和高阶差分调制技术,提出一种应用于正交频分复用（OFDM）通信体制中的高速水声通信系统。根据实际水域声速梯度真值,利用信道仿真软件建模实际水声信道,仿真研究通信系统在此信道下的通信性能。研究结果表明：对矢量水听器采集的声压和振速通道信号进行p+3v_c线性联合处理可获得增益,单矢量差分幅度相移键控OFDM通信系统比标量差分幅度相移键控OFDM系统的通信效果有明显改善,验证了该系统的可行性和优越性。     

多帧确认及虚拟载波侦听的水声MACAW协议

为提高水声通信网络吞吐量并降低端对端时延,针对水声信道低质量和高延迟的特点,对MACAW协议作出了改进.改进一是采用多帧确认,一次握手期间进行多帧数据传输;改进二是采用虚拟载波侦听,在对接收到的信息进行分析的基础上判断信道将被占用的时间.通过使用OPNET有限状态机形式建立改进的MACAW协议规范与相关算法模型,仿真结果表明该协议能在水声环境下取得优良的吞吐性能和较低的端对端时延.     

一种水声扩频通信系统模型的仿真与分析

针对影响水声通信系统高速和高可靠性能的主要障碍问题,提出了一种改进的RAKE接收技术方案。通过研究水声信道衰落特性和水声相干多途信道模型,建立水声扩频通信系统模型,详细分析编码技术对系统性能的影响,并给出Rake接收机在不同合并方式下的仿真分析及数据。仿真结果表明,该方案能较好地解决水声数据传输中的多径干扰,是有效、可行的。     

An Adaptive Multiuser Chip-Rate Equalizer for CDMA Underwater Communication System

Direct-sequence code-division multiple access （CDMA） is considered for multiuser communication network in underwater acoustic channel, where extended multipath and rapid time-variability are encountered. To track and compensate the channel distortion, a decentralized hypothesis-feedback equalization （HFE） algorithm based on chip-rate update has been used[1]. But due to multiple access interference （MAI）, its performance suffers degradation. For this reason, successive interference cancellation hypothesis-feedback equalization （SIC-HFE） algorithm is proposed, which combines the capabilities of FIFE to track the time-varying channel and SIC implemented by cross-over feedback filters to cancel out the MAI effects between users. Simulation and experiment results show that the proposed algorithm can significantly improve the performance of asynchronous multiuser CDMA underwater communication system.     

载波频率不一致且频谱严重交叠干扰下的盲自适应多用户检测试验研究

运动水声多用户通信时,干扰用户的载波频率很可能和期望用户的载波频率不再一致。针对运动水声多用户通信载波频率不一致时的多址干扰（MAI）问题,提出了适用于载波频率不一致下的盲自适应多用户检测（BAMUD）算法。利用虚拟用户技术,将期望用户的多途干扰（码间干扰）虚拟成MAI,即将水声多用户通信系统中的信道均衡环节和MAI抑制环节整合成一个环节,简化通信系统结构;利用卡尔曼滤波（KF）BAMUD（KF-BAMUD）算法的MAI抑制特性,即利用了KF在最小均方误差准则下的最优估计特性,抑制载波频率不一致下的虚拟MAI,有效估计出期望用户的传输数据,实现多用户通信。在渤海和渤海结冰期进行了载波频率不一致下的多用户通信试验,良好试验效果验证了所提算法的有效性。     

基于分布式时间反转处理技术的水下节点网络物理层方案研究

时间反转处理技术可以在不需要传感器阵列结构等先验知识的条件下,在非均匀介质中实现声束的自适应聚焦,应用于水声通信时,可以减轻由多径传播所引起的码间干扰,提高通信速率。传统的时间反转技术均需要一个垂直线列阵作为时反镜,增加了节点复杂度及成本,本文所提出的基于分布式时间反转法通信的网络物理层方案,充分利用网络中多个独立节点的自身资源,组成分布式时间反转镜,在保留传统时间反转法通信优良特性的前提下,不需要再设置垂直线列阵,降低了节点复杂度及成本,兼顾了网络通信速率、节点复杂度以及信息传输保密性的需求。利用海洋环境实测数据得到的仿真试验结果表明,提出的基于分布式时反技术的水下节点网络物理层可聚焦多径信号,减轻多径传播带所引起的码间干扰,其性能与传统时反法相当,若联合判决反馈均衡器则可进一步提高系统性能。     

循环后缀在水声时反正交频分复用系统中的应用研究

受声速梯度分布、收发节点相对位置等因素影响,水声信道中存在能量最强的多途信号不是最先到达接收端的情况,此情况下对于正交频分复用（OFDM）通信若单一添加循环前缀作保护间隔,在以接收功率最强信号作定时同步时基时,当前符号内信息会受到下一符号信息的污染,进行快速傅里叶变换（FFT）的数据除了本符号数据外还包括了下一符号的循环前缀数据,从而破坏了子载波间正交性,也引入了符号间干扰,导致通信性能下降。为此提出在原有的OFDM数据结构中添加循环后缀,以保证FFT操作的数据为当前符号内信息,即使定时不精确产生k个采样点的偏差,也只是相位偏转2πnk/N,差分编解码技术即可完成相位补偿和校正,保护了子载波间的正交性;同时提出将循环后缀与时间反转镜技术相结合应用于水声OFDM通信系统中,抑制时反信道主峰两侧旁瓣引起的等效多途影响,使得时间反转镜技术适用于OFDM系统,提高系统性能。理论分析和仿真研究验证了循环后缀应用于水声OFDM通信系统的可行性和有效性。     

水声混沌跳频通信技术研究

准确地遥控水下探测器的工作状态要求水声通信具有非常高的可靠性与保密性,因此水声通信的数据传输变得尤为重要。研究了低信噪比下的水声跳频通信技术,分析了混沌跳频图案的实现和水声跳频信号的低信噪比检测问题,介绍了编解码中的同步技术,并提出一种纠错码—扩展Hamming码在水声跳频通信中编码检错及纠错译码的实现方法。同时对该方法的性能进行了外场水库实验,验证了它在低信噪比水声通信中的可行性。     

采用主分量分析的非合作水声通信信号调制识别

由于信道传输特性、信噪比低等因素的影响,非合作水声通信信号的调制识别极具挑战性。对信号功率谱、平方谱进行主分量分析,提取代表不同类型调制信号特有信息的主分量作为特征参数,从而降低特征参数维度、抑制噪声影响,并在此基础上设计一种基于人工神经网络的水声通信信号调制方式分类器。海上实录信号数据的识别实验结果表明了该方法的有效性。     

分布式水下导航、定位、通信一体化系统设计

设计了一套集导航、定位、无线电通信和水声遥控通信功能于一体的大型联合系统。利用试验船上的船载测距仪、海面的无线电遥控浮标、海底应答器阵、无线电基站和显控计算机组成的空间立体网络实现了对水下目标的导航、定位功能,具有三维测量能力;通过无线电通信和水声遥控通信相结合的方法,实现了对海底应答器的远程控制和管理,增大了系统的工作范围;提出一种实用有效的海底应答器阵位测量方法。文中主要介绍了系统的总体设计方案、导航定位原理、水声信号处理方法和试验结果。海上试验结果证明了系统的可行性和可靠性。     

基于多普勒信息的盲波束形成方法在声呐信号处理中的应用研究

本文针对水声环境和水声信号的特点，提出了一种可用于任意阵形的自适应神经网络盲波束形成方法。该方法在未知基阵响应向量的情况下，利用水声信号多普勒频率信息，估计波束形成的权矢量，采用神经网络的方法实现盲波束形成，从而避免了矩阵的求逆运算，不但减小了运算量而且易于用硬件实现。此外该算法具有收敛速度快、鲁棒性强、估计精度高等优点。通过拖曳阵和体积阵的仿真实验，验证了所提出方法的有效性和正确性。