一种稳健的水声MIMO通信系统调制技术

作为一种极具潜力的高速水下通信技术,基于VBLAST（贝尔实验室垂直分层空时）编码调制的水声MIMO通信技术,借助于空间复用,可在不增加系统带宽的条件下成倍提高数据传输速率。但由于同时受到同频干扰及多径干扰的影响,当信道多径扩展严重时,基于VBLAST调制的水声MIMO通信系统性能下降严重。为此,提出一种新的调制技术,该技术通过将各层信号调制到彼此正交的子载波上,可完全消除同频干扰,从而有效改善系统误码性能,显著提高系统的稳健性。仿真结果证明了所提调制技术的良好性能。     

一种新的水声MIMO空时频编码技术

基于贝尔实验室垂直分层空时编码（Vertical Bell Labs Layered Space-Time,VBLAST）的水声多输入多输出（Multiple-Input Multiple-Output,MIMO）通信技术,通过充分开发空间资源,可在不增加系统带宽的条件下成倍提高数据传输速率,是一种极具潜力的高速水下通信技术。但由于其接收信号中同时含有同频干扰及多径干扰,当信道多径扩展严重时,其性能下降严重。为此,提出一种新的空时频编码技术,该技术通过将各层信号调制到彼此正交的子载波上,不但可在接收端完全消除同频干扰,同时还能获得频率分集增益,从而使水声MIMO通信系统的性能获得极大改善。仿真及湖试结果证明了其有效性。     

MIMO水声通信中的空时分组扩展编码方案探讨

采用多输入多输出（MIMO）结构和空时编码可以使水声通信系统获得分集增益,改善系统性能。针对水声信道中的频率选择性衰落,研究了一种用于MIMO水声通信系统的空时分组扩展编码方案（STBSC）,利用正交扩频编码克服了水声信道中多径干扰对空时分组编码（STBC）信号正交性的破坏。给出了方案的系统模型和实现框图,采用MIMO水声模型对方案的性能进行了仿真。仿真结果表明,STBSC方案在多径水声信道中可以得到完全发射分集。最后介绍了方案的水库试验,试验结果表明了方案的有效性。     

STBC-OFDM技术在水声通信中的试验研究

空时分组编码（Space Time Block Coding,STBC）技术能够获得满发射分集增益并且译码简单,而正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术可对抗水声信道中的多径干扰和实现较高的频谱利用率。设计了将空时分组编码与正交频分复用相结合（STBC-OFDM）的高速水声通信系统方案,并进行了湖上试验研究。湖试中,在1200m距离下,带宽为4.32kHz时有效传输速率为3.328kbps,误比特率低于10-5。湖试结果表明,STBC-OFDM技术在高速水声通信中的应用潜力。     

基于MIMO的信号检测技术在宽带数据链中的应用

分析了多输入多输出系统中空分复用和空时分组码的解码算法，提出了一种空分复用和空时分组码相结合的方案，探讨了这种方案的解码算法并对该算法进行了仿真验证．结果表明，这种方案的BER性能在高信噪比时要好于其它方案，因而可以应用到需要高传输速率以及高链路可靠性的宽带数据链中．     

一种码分多址水声多用户接收系统

研究了一种水声异步多用户通信非集中式接收机系统,将码分多址和空时自适应滤波、多通道判决反馈均衡相结合,克服多用户系统中的多址干扰（MAI）以及水声信道多途效应引起的码间干扰（ISI）,实现指定用户的正确接收。利用实测多通道浅海水声信道响应函数进行了三个用户的异步通信仿真,分别比较了空时滤波均衡与单通道直接解扩、空间分集合并均衡等接收算法的性能,显示了空时滤波均衡接收机在抑制多址干扰、码间干扰、正确区分不同用户等方面的优点。码分多址机制和空时滤波均衡结合使用的特点使系统适合于低速数据传输且水声信道变化较慢的场合。     

MIMO通信系统中波束形成技术研究及实现

本文概述了MIMO通信系中波束形成技术中的空时分级码原理，将最小均方算法与空时分组码进行有效的结合，讨论其对系统性能的影响。     

一种浅海水声信道分数间隔自适应均衡算法研究

水声信道是最为复杂的数据通信环境之一,而具有重要军用和商用价值的浅海水声信道,其多径与频散效应更为严重。在浅海水声数字通信中,普遍存在着码间干扰和码内干扰效应,严重影响了水下通信的速度和质量。在判决反馈结构的基础上,采用分数的方法,提出了一种适用于浅海水声信道的自适应均衡算法,并通过计算机仿真实验与整数方法进行了性能对比。传输信号采用正交相移键控调制方式,以有效利用有限通信带宽。仿真结果表明,该算法获得了较快的收敛速度和较小的稳态误差,提高了水声通信的有效性及可靠性,因而具有良好的工程应用价值。     

FSO中分层空时编码的串行干扰消除算法

自由空间光通信(FSO)中的分层空时编码(LST),能极大地提高系统的传榆速率,但误码率较大,严重影响光通信系统的可靠性.在分析了光强起伏的特性之后,建立了湍流信道中多输入多输出(MIMO)信道的模型;提出了采用串行干扰消除算法来完成FSO中分层空时编码译码的方法,并和线性译码算法的性能进行了对比.最后,利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性.结果表明:在FSO中,采用串行干扰消除译码算法时的误码性能明显优于线性译码算法的误码性能.     

格型判决反馈均衡器在水声通信中的应用研究

阐述了自适应格型判决反馈均衡器,研究了它在水声通信中的应用,仿真比较了最小均方判决反馈均衡器(LMSDFE)、递归最小二乘判决反馈均衡器(RLSDFE)和最小二乘格型判决反馈均衡器(LSLDFE),并给出最小二乘格型判决反馈均衡器(LSLDFE)在湖试中的结果。     

一种用于水声相干通信的快速自适应自最佳均衡器

多通道判决反馈均衡器(MC-DFE)是水声相干通信克服信道多径效应、消除码间干扰(ISI)的主要手段。本文提出了一种用于水声相干通信系统的分集合并自最佳自适应多通道判决反馈均衡器。该算法将快速自优化LMS分集合并(FOLMSDC)算法、快速自优化LMS(FOLMS)算法和快速自优化LMS相位补偿(FOLMSPC)算法有机地结合在一起。该算法一方面可以进一步减少运算复杂度,另一方面,由于算法中的步长因子和相位跟踪因子可以自适应地更新,因此算法可以更好地跟踪水声信道的变化,进一步提高通信系统的接收性能。仿真结果表明,本文提出的算法的性能优于现有算法。     

认知型水声通信时空自适应处理算法研究

针对浅海水声通信面临的复杂干扰环境,提出了一种适用于水声通信系统的认知型时空自适应处理算法。该算法在传统时空自适应阵列处理算法的基础上引入了干扰认知的功能,通过干扰认知处理降低计算量,并且实现干扰样本的选取,确保自适应算法的可靠收敛。利用了协方差矩阵特征分解和多重信号分类(Multiple Signal Classification, MUSIC)估计干扰的个数,辅助选取盲源分离算法中的维度和时空自适应算法中的空域维度,进行算法降维处理。针对采用盲源分离后的各干扰,采用包络检测法提取时域特征,采用短时傅里叶变换(Short-time Fourier Transform, STFT)方法提取时频谱特征,分析干扰特征,实现干扰分类,从而实现干扰样本的选取。通过计算机仿真验证了该认知处理算法的性能。     

北极高速水声通信实验初步研究

因海冰覆盖和独特的声速剖面特征,北极水声信道有其特殊性,为研究、开发和利用北极,需要开展北极水声通信研究。2017年夏季在北冰洋中心区开展了一次距离1.26 km、通信速率为1.2 kbps的冰下水声通信实验。实验结果表明通信系统的载波频率偏高、声接收端背景噪声级较高以及水声信道上界面的海冰分布较为复杂是导致实验结果误码率偏高的主要原因,提出了相应的改进措施和建议。实验过程中,水声通信设备系统工作良好无故障。此次实验为极地水声通信装备的研制、极地水声通信的研究与应用积累了宝贵经验。     

MC-CDMA技术在水声通信中的应用研究

MC-CDMA技术是正交频分复用和码分多址技术相结合的综合技术,兼有OFDM和CDMA的优点。在水声通信中,由于海洋信道的复杂性,尤其在浅海信道中,存在严重的多途干扰和海洋环境噪声以及严重的时变和空变特性,因此水声信号的衰落很严重。为了在条件恶劣的水下声信道中实现高速可靠通信,将MC-CDMA技术应用于水声通信。该研究分析了MC-CDMA技术的基本原理,并通过仿真MC-CDMA系统和OFDM系统,以及两个系统的水池实验,验证了在水声通信中MC-CDMA系统具有比OFDM系统更好的性能。     

水声通信中无边带信息峰均比抑制算法

主要研究了多输入多输出正交频分复用水声通信中的峰均功率比抑制技术。针对传统选择性映射算法(Selective Mapping,SLM)需要将所选加扰相位序列的序号作为边带信息传递给接收端的缺点,提出了一种改进SLM算法,从判决反馈的角度设计图样检测器对所选加扰相位序列的序号进行判断,节约了边带信息传输,克服了传统SLM算法系统的误比特率性能依赖于边带信息准确性的问题,提高了系统的频带利用率。通过仿真验证,改进SLM方法能在不损失峰均功率比抑制性能的前提下,在接收端能够准确地解算出所选择的加扰相位序列序号,实现无边带信息传输的可靠水声通信。     

全相位频谱校正技术在水声通信中的应用研究

多普勒效应是影响水下移动通信性能的主要因素,准确估计多普勒频移对提高通信系统可靠性具有重要意义。在进行离散频谱分析时,时域非整周期截断会造成频域能量的泄漏,导致频谱估计精度降低。全相位频谱分析具有良好的抑制频谱泄漏特性及相位不变性。仿真验证了全相位频谱校正技术相对于传统频谱校正技术在估计性能上的优势,并在此基础上探讨了全相位频谱校正技术在水声通信中的应用。采用全相位频谱校正技术进行多普勒频移估计,进而进行多普勒补偿以降低通信系统误码率。仿真结果表明,全相位频谱校正技术能够实现高精度多普勒频移估计,从而提高水下移动通信系统的可靠性。     

基于Pattern时延差编码体制的4信道水声通信

采用Pattern时延差编码(PDS)通信体制,研究了4通信信道水声通信技术。通信系统利用信息码元的时延差值进行时延编码,采用码元的多种不同波形(Pattern)来进行码元分割,另外还采用频率分割来划分通信信道。其优点是可有效对抗水声多途干扰并实现高速通信,通信速率达到1200bit/s。提出依据最小均方误差准则,利用波形相似性来联合估计两个信道的时延差值。通过大量海洋信道仿真实验,验证了PDS体制具有高通信速率和高可靠性。     

空间相关性对水声多输入多输出系统信道容量的影响

通过三维多径相关模型,以垂直收发阵为例研究了信道参数如声线角度扩展范围、到达方向和收发阵元间距对水声MIMO信道容量的影响。如果考虑静止的收发阵,且不考虑信道中散射体的运动时,MIMO系统的信道容量由收发阵元信号的空间相关性决定,当空间相关性较小时,增加收发阵元数可以带来较大的信道容量增益,而当空间相关性较大时,随着收发阵元数的增加信道容量将趋于饱和。