一种抗信道多径的扫频-扩频调制技术

水声信道是复杂的多径快衰落信道,其信道特性严重影响了水声通信的数据率和性能,抗多径干扰是提高水声通信系统性能的重要技术之一。对一种新的调制方法——扫频-扩频载波（Sweep-Spread Carrier,SSC）调制技术进行了深入研究,通过系统在水声信道实际数据的仿真,探究SSC的抗多径性能,简化了抗信道多径算法。SSC的基本思路是采用连续变化的载波频率,通过相关接收,将接收的多径信号在频域上分离,从而克服了码间干扰的影响。分析了在给定系统时不同信道多径时延对SSC性能的影响,以及给定信道时不同SSC参数对SSC性能的影响。仿真结果表明,选择合适的参数,SSC调制具有良好的抗多径性能。     

矢量水听器在水声通信系统中的应用

将矢量水听器应用于水声通信系统,利用矢量水听器的指向性屏蔽强干扰。建立了基于矢量水听器的多载波正交频分复用(OFDM)系统模型,对各向同性噪声场中矢量水听器的增益进行了推导,为抑制相干干扰提供了新的解决方案,并进行了仿真验证。仿真研究表明,该方案能够有效地增强系统的抗各向同性干扰的能力,达到提高信噪比的目的,降低了误码率,增加了系统的稳健性。湖上试验验证了该方法的有效性,表明基于矢量水听器的水声通信系统可为实现高速水声通信提供一种有效的途径。     

一种有效的水声通信多普勒处理方法

在水声通信中,由于发射和接收平台之间的相对运动,多普勒频移是无法避免的。多普勒频移使信号频率和相位发生变化,降低载波估计的精度,造成自适应均衡器的发散,使整个系统的性能下降。文中设计了一种应用于水声多载波相干调制系统的多普勒处理方法,采用块估计和线性插值以抵消多普勒频移的影响。仿真结果表明,该方法能有效地抵消多普勒频移对多载波相干调制系统的影响。在信噪比为-10dB、数据率为100bit/s的条件下,系统允许相对运动速度可达到±10m/s。     

利用声纳基阵实现多通道分集与均衡

在水下电报、远程控制、语音和图像传递等水声通信技术中,由于海洋水声信道是一个时变、频变、空变的非平稳随参信道,使得水声信道的传输速率低、频率资源利用率有限、码间干扰严重、误码率高。针对海洋水声信道的特点,描述如何利用基阵声纳的多通道结构,来实现多通道分集与联合均衡,从而减小多途效应引起的水声通信中的码间干扰,使得陆地移动通信系统中的一些先进技术能够在此基础上得到应用,并为现有的目标探测声纳增加水声通信功能提供参考。     

单载波频域判决反馈均衡水声通信技术研究

水声信道中多途干扰严重,由多途效应引起的码间干扰是影响水声通信系统的关键性因素。单载波频域均衡(Single-Carrier Frequency Domain Equalization,SC-FDE)技术基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术提出,能有效对抗水声信道中的多途干扰,同时能避免OFDM技术峰值平均功率比高的不足。文中先介绍判决反馈均衡算法,并与其他均衡算法的抗多途性能进行比较。然后为提高系统均衡的可靠性和水声信道带宽利用率,对传统数据帧结构进行改进。将独特字(Unique Words,UW)序列均分,提高水声信道估计的精度,进而降低误码率,增加传输的可靠性;增加数据帧中有用信息符号,系统误码性能几乎不变,水声信道频带有效利用率提高。最后开展水池试验,验证了算法的有效性和可靠性。     

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。     

复射线法及其在水声技术中的应用研究

声波是水中携带信息的最佳载体,水声技术是开展水下通信、探测等常用技术,具有较大的发展潜力。复射线法认为一个复源点的射线束,复源点与等效复源点关系和几何光学源点、等效光源关系是一致的,遵守几何光学ABCD定律,基于此学术界开展了大量基础研究。当前比较成熟的复射线法方法主要包括复射线法追踪法、复射线法近轴近似法、复合复射线法、复射线展开法等,在水声理论中复射线法技术主要用于指向性声场、计算散射场分析。近年来,有关于复射线法研究较少,特别是随着高速水声正交多载波调制(OFDM)通信系统的构建,反射法的应用领域变得十分狭窄,应将复射线法与非相干水声通信、相干水声通信、扩频水声通信相结合,以提高水声波的空间分辨率、提高波束形成算法的稳健性、提高波束形成的抗干扰能力。     

一种差分调制的水声MC-CDMA通信系统

0引言正交频分复用(OFDM)技术在高速水声通信系统中的应用已得到广泛研究。OFDM采用并行多载波,子载波间频谱重叠实现高速传输,循环前缀的加入则可有效对抗ISI[1],然而水声信道中除了相位起伏和多普勒频移造成的解调困难,频率选择性深度幅度衰落往往造成子载波解码错误[2]。     

多相分解滤波器在OFDM高速水声通信中的应用

影响OFDM浅海高速水声通信的一个重要的因素是多普勒,多普勒频率会导致OFDM子载波间的正交性被破坏,进而带来OFDM子载波间干扰,严重影响OFDM水声通信的质量,因此必须对如何消除多普勒进行研究。在水声通信中消除多普勒的影响通常分两步：首先对多普勒因子正确估计,进而对接收数据变采样。在仿真实现变采样的基础上,利用多相分解降低其运算量,实现了高速率的变采样滤波器,并将算法运用到OFDM系统仿真中,最终对OFDM湖试数据进行解码,取得了满意的结果,很大程度上降低了多普勒频移对OFDM水声通信系统的影响。     

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。     

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。     

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。     

基于混沌正交组合序列的M元码分多址水声通信

提出了M元能量检测器算法,该算法简单易实现,极大优化了M元码分多址系统接收机结构和解码运算量。同时,M元能量检测器具有抗载波相位跳变和抗水声信道多途干扰的能力。针对M元码分多址水声通信系统中所需扩频序列数量庞大、选码难度高的问题,提出了混沌正交组合序列,通过简单的迭代组合即可产生大量满足要求的扩频序列,而且同族的混沌正交组合序列间满足正交关系。海试试验成功实现了7个用户的M元码分多址水声通信试验(M=512),共采用了3 584条混沌正交组合序列,每个用户通信速率为70 bit.s-1,验证了算法的有效性,为网络化水声通信的应用提供了技术基础。     

一个基于FPGA的低复杂度水声直扩系统设计

基于现场可编程门阵列(FPGA),设计并实现了一个低复杂度的支持码分多址接入(CDMA)机制的水声直接序列扩频(UDSSS)通信系统--UADSSS/CDMA,给出了系统的整体设计和信道编码电路、信号捕获电路的详细设计.信道编码采用规则重复累积(RA)码,解码迭代算法采用低复杂度的最小和算法,给出了一种快速运算的电路设计;信号捕获电路采用延迟相关捕获算法,给出了一种低复杂度的基于流水线结构的电路设计.进行了水声试验平台测试、湖试、海试等性能测试,结果表明,系统在抑制多径干扰和支持多用户通信方面具有良好的性能:试验平台测试显示,单用户通信的误码率为10-4数量级,存在两个用户干扰的误码率为10-3数量级;湖试显示,零误码的数据包为74.8%;海试显示,零误码的数据包为34.4%.     

基于DSK6455的OFDM水声通信算法设计与实现

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技术由于其具有频谱利用率高、抗多径和抗脉冲噪声能力强、在高效带宽利用率情况下的高速传输能力以及实现方法简单的特点,成为了近年来水声通信中的研究重点和热点之一.基于OFDM技术,在SDI公司的TMS320C6455DSK(DSP Starter Kit)板卡上实现了实时水声通信,试验结果表明,在4.3km的水平通信距离上,采用QPSK调制,1/2卷积码编码,通信带宽为4kHz,通信速率达到了1873 bps,误码率小于10^-4.为实现OFDM技术的水声组网通信,水声语音、图像传输奠定了基础.     

水声通信与水声网络的发展与应用

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。     

OFDM技术在认知水声通信系统中的应用

随着对水下通信速率要求的提高和水下通信用户的增加,实现高速水声通信和对水下频谱资源的有效共享成为了水声通信的研究热点.认知水声通信系统为解决频谱资源共享提出了新的思路,而OFDM技术又具有频谱利用率高、通信速率快、频率选择灵活等优越性能.在阐述两种技术各自优势的基础上,指出了OFDM技术应用于认知水声通信系统的可行性,提出了一种基于OFDM技术的认知水声通信系统的设计方案,并给出了系统框图及仿真结果,验证了基于OFDM技术的认知水声通信系统的可行性和有效性.     

基于正交频分复用的水下转发器的设计

为解决长距离高速水声数据传输问题,采用接力式水声数据转发传输是一个很好的解决方案。结合正交频分复用技术的特点设计实现了一个数字式的水下转发器系统。系统功耗低、结构简单,可以很好地解决水声通信中存在的多途干扰和窄带宽问题,实现高速、可靠的水下数据转发的目的。湖试中,在6000m的距离内,3kHz带宽下,转发速率为4.32kb/s,误码率低于10-3。湖试结果表明,基于正交频分复用的水下转发器可以达到较高的转发速率和较低的误码率。     

基于粒子群算法的水声通信网络能量优化方法

水声通信网络节点功耗是影响网络节点寿命的重要因素之一。针对水声通信网络的能量优化问题,基于网络节点发射功率与传输距离的非线性关系,结合改进的粒子群算法建立了一种能量优化方法。该方法改进了网络模型,在网络运行中根据存活节点数量和节点剩余能量的变化情况,自适应动态优化每个节点的信息传输路径。仿真结果表明,所提优化方法能有效降低网络节点总功耗,延缓首个节点的死亡,减缓网络中节点的死亡速率,也即减缓了网络有效覆盖面积随着网络运行而减小的速率。