基于改进卡尔曼滤波的水声通信盲自适应多用户检测算法

针对水声通信网络中遇到的多用户检测中目标用户的多址干扰等检测问题,提出了基于改进Kalman算法的盲自适应多用户检测算法,解决了多用户检测中的多址干扰对水声通信信道用户变动时的干扰抑制问题;仿真分析分别针对同步多用户、异步多用户通信过程,对比了传统Kalman算法及改进的Kalman算法的性能差异,通过仿真对比表明,改进后的Kalman检算法不需要训练序列即可以实现同步和异步通信状态下的多水声目标用户的盲自适应检测,改进后的算法目标检测的信干比比传统算法最大可提高6 dB;新算法对于水下多用户检测、区分,准确、稳定的实现基于CDMA协议的快速水声通信具有重要意义。     

多元LDPC码在扩频水声通信中的研究

水声信道多径时变、高噪声和严重衰落等特点使接收信号畸变失真,产生的突发和随机错误使系统误码率较高,可靠性难以保证。提出基于多元LDPC码的扩频水声通信系统,采用具有下三角结构的Qc-LDPC码校验矩阵,利用基于符号的迭代编译码算法有效纠正突发和随机错误,且与高阶调制结合提高水下有限频谱利用率时不存在符号与比特转化的信息损失。理论分析和仿真结果表明：相比基于比特的LDPC码、turbo码和卷积码,基于符号的多元LDPC码能以更低信噪比达到扩频水声通信系统误码率指标的要求,证明了方案的有效性。     

认知型宽带恒模阵列水声通信多用户信号分离与干扰抑制算法

提出了一种适用于水声通信系统节点多用户信号获取与干扰抑制的宽带空时恒模阵列算法,实现多用户信号提取和宽带干扰的抑制。该算法与常规恒模阵列相比,具有更强的多径与干扰抑制能力。作为认知水声通信技术的重要组成部分,采用时频分析与瞬时自相关等调制特征提取算法,对宽带恒模阵列获取的多用户及干扰有效分类,从而为不同调制用户解调及干扰抑制提供解决方案。计算机仿真验证了该认知处理算法结构的良好性能。     

基于正交混沌多用户混沌通信及其误码率

为了解决多用户混沌通信系统中由于通信用户数目的增多以及混沌序列间的准正交性所引起的信道干扰问题,对不同混沌信号采用施密特(Schmidt)正交化方法产生其对应的正交混沌序列作为扩频码在加性高斯白噪声(AWGN)和瑞利(Rayleigh)衰落信道下研究多用户混沌通信系统中的误码率(BER)。首先将其统计自相关和互相关特性作为刻画正交混沌扩频码序列性能的重要指标,测试并分析各正交混沌序列的统计相关特性,同时也对其互相关特性曲线的均值和方差进行了测试与分析;然后通过两种信道仿真实验获取各正交混沌扩频码的BER,并将其与对应统计相关特性作对比揭示其内在关联性;最后比较分析两种不同信道下多用户混沌通信系统的BER,并揭示信道对其的影响。仿真实验表明,两种信道下相空间混沌信号中的空时正交混沌序列都能获得较低BER,尤其是在Rayleigh衰落信道下的空时正交混沌序列能够获得更低的BER,说明所提方法能更有效地降低多用户通信中信道间的干扰,更有利于多用户通信需要。     

基于滤波器设计的快速短波扩频系统研究

在短波宽带系统中,为了更好地改善系统性能,消除码间干扰,针对传统OFDM扩频算法低信噪比情况下误码率较高、在不满足采样定理情况下失真较严重、容易受到码间干扰和多径噪声影响等弊端,将Nyquist滤波器和LDPC码等纠错码算法引入到OFDM扩频系统中,并且对MC-CDMA系统进行改进,提出了优化MC-CDMA扩频方案的无失真系统,其核心思想是对MC-CDMA系统的子载波和扩频码采取不同的处理顺序,并且在系统发送端和接收端分别设计Nyquist滤波器,消除码间干扰,将信号在ITS信道中进行分集合并处理。深入研究了主要参数对系统性能的影响。理论分析和仿真结果表明：基于滤波器设计的分集接收扩频系统,能够有效改善系统在信噪比较低时的误码率性能,提高系统可靠性,有效地抑制了OFDM码间干扰。     

一种DS-CDMA系统扩频码和参数盲估计方法

传统DS-CDMA系统扩频码盲估计方法以主元分析为基础,若各用户扩频码非正交(即存在多址干扰)则将导致扩烦码估计失效.本文通过码域映射,信息码盲分离以及相应的信号处理手段,实现了多用户情况下的扩频码、延时信息以及信息码的盲估计.该方法无需已知任何同步信息,允许系统存在较差的信噪比和多址干扰.仿真实验表明,对异步DS-CDMA系统该方法有效可行.     

基于子空间的DS-CDMA信号扩频序列估计技术*

提出了一种基于MUSIC算法的子空间扩频码估计算法。该方法通过对接收信号进行特征值分解,并将特征序列映射为子空间的形式,然后采用MUSIC算法寻找一切可能的扩频码序列,最后运用线性解相关检测器对得到的所有扩频码序列进行排错。这样就可以找到所有活动用户,并检测出活动用户的扩频码和信息码,及其用户功率,完成多用户检测。仿真表明,该算法能精确地估计出活动用户的扩频码和用户功率,有优异的误码率性能,在实际应用中有很大的价值。     

基于DSP和MSP430的水声应答器设计

针对国产水声定位系统在浅海石油勘探中定位距离短、无法多目标定位等局限性,设计并实现了一种以MSP430为主控制器、数字信号处理器为协处理器的新型水声应答器。系统硬件采用低功耗设计,水下通信方式为Gold码直接序列扩频,支持多应答器同时应答。通过Matlab仿真和消声水池、湖泊的实际测试,结果表明该应答器性能稳定可靠,待机静态工作电流小于1mA,实现了水下1500m作用距离的多目标应答器定位。     

一种异步CDMA智能天线系统的盲空时接收机

提出一种新的基于异步CDMA蜂窝通信系统的盲二维RAKE接收机。系统中采用智能天线结构。在接收信号矢量经过传统的匹配滤波器后，按照“最大信干比”准则选取输出矢量样本，并进行最优化空时二维合并。采用这种接收结构，当系统具有较大扩频增益时，能够在没有任何用户多径的先验知识以及码同步的前提下，充分有效地利用多径环境的延时结构，因而可以使用较低的空时处理维数在抑制多址干扰的同时充分地合并强多径分量。仿真结果表明：该接收机能够以简单的结构和较低的复杂度实现良好的性能，比之前的接收机在整体上能够明显地改善信干比。     

LDPC码在基于FH-FSK的AUV水声通信系统中的应用

水声信道严重的多途干扰和频率选择性衰落,将增加水声FH-FSK系统的平均误码率.此外,由于自主式水下交通工具(AUV)平台的运动特性,接收信号易产生时间选择性衰落,在接收端产生成串的突发错误甚至导致通信的中断.以上两方面因素将降低移动FH-FSK系统的可靠性,针对此问题,将多元低密度奇偶校验(LDPC)码与FH-FSK系统相结合,提出了一种基于多元LDPC码的水声FH-FSK系统.对比了基于二元LDPC码的FH-FSK系统与基于卷积码的FH-FSK系统的抗干扰性能,实验结果表明:前者具有更强的抗干扰能力.对比了基于多元LDPC码的FH-FSK系统与基于二元LDPC码的FH-FSK系统,仿真与实验结果表明:基于多元LDPC码的FH-FSK系统具有更强的抗干扰能力,可以进一步提高FH-FSK系统的可靠性.     

A Constrained Block Iterative Algorithm for Multiple-Access Interference Suppression

Doherty, J. F., and Hsieh, Y.-T., A Constrained Block Iterative Algorithm for Multiple-Access Interference Suppression, Digital Signal Processing12 (2002) 12–20An interference suppression scheme using a block iterative, row-action projection (RAP) algorithm for direct-sequence spread-spectrum (DS/SS) code-division multiple-access (CDMA) systems is presented. The performance results for the near–far multiple-access interference scenario using the RAP algorithm are compared with a normalized least mean square (NLMS) algorithm. It is shown that the CDMA receiver employing the RAP algorithm has a faster convergence rate and a lower steady-state bit error rate compared to the receiver employing the NLMS algorithm.     

基于概率的水下传感器网络CDMA编码分配算法

水下传感器网络采用声波进行通信,具有高时延、低带宽、高误码率等特点,使得适用于无线电信道的MAC协议无法直接应用于水声信道,给水下传感器网络协议的设计带来了很大的挑战．因此,我们提出了一种可以较高概率避免扩频码冲突的分布式的基于概率的水下传感器网络CDMA编码动态分配算法．该算法不需要精确的时间同步,并且能够动态适应水下传感器网络拓扑结构的变化,适用于基于发送端的编码分配和基于接收端的编码分配．仿真实验表明,与传统的编码分配方式相比,我们的算法突出了节点的个性化,进一步降低了冲突的风险．     

基于强跟踪滤波器的盲自适应多用户检测

盲自适应多用户检测是码分多址(CDMA)系统中抑制多址干扰的一项重要技术.为克服传统的基于最小化输出能量准则的盲自适应多用户检测技术收敛速度慢的这一缺点,利用一种新近提出的多用户接收器的典范表示方式,构造了多用户检测系统的状态空间模型,再利用强跟踪滤波器(STF)理论,设计了一种新的盲自适应多用户检测方法.仿真结果表明,在异步CDMA系统中,与基于LMS算法、RLS算法及Kalman算法的盲自适应多用户检测相比, 方法具有收敛速度快速稳定, 跟踪性能好等优点.因此,基于强跟踪滤波器的盲自适应多用户检测是有效的.     

OFDM水声通信信道估计技术研究

水声信道是一种极其复杂多变的时—空—频变信道,其信道窄、强多径干扰、信号起伏衰落严重,一直是水下信息可靠高速传输的主要障碍。正交频分复用(OFDM)是近年来数字通信中流行的一种并行传输新技术,其核心思想是将整个可用频带分割成多个正交子信道,将待传输的高速串行码流并行地调制在这些子信道载波上。主要研究利用三种不同的导频图案对OFDM水声通信信道进行估计,并通过仿真的方式来分析不同导频图案下信道估计的性能。     

An underwater acoustic direct sequence spread spectrum communication system using dual spread spectrum code

With the goal of achieving high stability and reliability to support underwater point-to-point communications and code division multiple access (CDMA) based underwater networks, a direct sequence spread spectrum based underwater acoustic communication system using dual spread spectrum code is proposed. To solve the contradictions between the information data rate and the accuracy of Doppler estimation, channel estimation, and frame synchronization, a data frame structure based on dual spread spectrum code is designed. A long spread spectrum code is used as the training sequence, which can be used for data frame detection and synchronization, Doppler estimation, and channel estimation. A short spread spectrum code is used to modulate the effective information data. A delay cross-correlation algorithm is used for Doppler estimation, and a correlation algorithm is used for channel estimation. For underwater networking, each user is assigned a different pair of spread spectrum codes. Simulation results show that the system has a good anti-multipath, anti-interference, and anti-Doppler performance, the bit error rate can be smaller than 10^?6 when the signal-to-noise ratio is larger than ?10 dB, the data rate can be as high as 355 bits/s, and the system can be used in the downlink of CDMA based networks.     

OFDM水声通信载波频偏估计LS拟合算法

OFDM水声通信系统对载波频率偏移非常敏感,很小的频率偏移就会使系统的性能显著下降。首先分析了由载波引起的载波间干扰,将其等效为系统信噪比的降低。针对OFDM系统利用循环前缀的频率偏移估计精度不高的问题,提出了一种基于循环前缀的频偏估计LS拟合算法（CPLS）,该算法可显著提高频率偏移的估计精度。研究结果表明,同利用循环前缀的频率偏移估计方法相比,基于循环前缀频率偏移LS拟合算法的OFDM水声通信系统能够工作在更低的信噪比情况下。     

M-ary CDMA multiuser underwater acoustic communication and its experimental results

A novel M-ary code division multiple access (M-ary CDMA) underwater acoustic communication (UAC) that utilizes quasi-orthogonal sequences has been proposed for the multiple mobile unmanned underwater vehicle (UUV).Its performance has been verified in both four-user synchronous and three-user asynchronous scenarios through a lake experiment over a very shallow-water channel.At a chip rate of 2 kilochips per second,good bandwidth efficiency and robust links have been achieved both at 5 and 15 km distances.The...     

基于神经网络量子算法的多用户检测器

利用遗传量子算法和Hopfield神经网络，提出了一种融合两种算法优点的神经网络量子算法，并将其应用到CDMA通信系统的多用户检测问题中。所提算法把神经网络嵌入到遗传量子算法的每一代中，可进一步提高量子种群的适应度函数值。通过混合神经网络到GQA中，还可加快GQA的收敛速度进而减少算法的计算复杂度。另外，GQA所提供的良好初值改善了HNN的性能，嵌入的HNN也提高了GQA的性能。仿真结果证明了该方法的抗多址干扰能力和抗远近效应能力都优于传统检测器和一些应用智能算法的多用户检测器。     

基于差分时延差编码的水声发射系统研制

差分时延差编码能有效抑制多途信道的干扰,实现信息的可靠传输,因此在水声通信中被广泛应用。本文设计了一种基于差分时延差编码的水声发射系统,针对差分时延差编码的特点和要求,利用波形存储直读方式产生码元,通过以太网将其传输到下位机并存储到存储器;然后对系统进行通信编码参数配置;最后基于下位机存储的码元和通信编码参数配置,将通信信息通过差分时延差编码并经数模转换器和低通滤波器变换后,由换能器发射出去。湖试通信实验表明,水声发射系统在不同参数条件下均能保证编码信息的准确性以及传输信息的可靠性,具有一定的实用性。