基于分数阶傅里叶变换的水声信道参数估计

准确估计水声信道参数,对提高通信系统的性能有着重要的意义。Chirp脉冲有良好的相关性,常被用作信道探测信号。鉴于分数阶傅里叶变换(Fractional Fourier Transform,FRFT)对chirp类信号的处理特性,用chirp信号作为测量信号,FRFT作为后端处理技术,可以得到很好的处理效果。研究了基于FRFT的水声信道多途时延和多普勒频偏参数估计的原理和方法,该方法通过发射具有正、负调频斜率的组合线性调频信号,在接收端根据FRFT幅值输出的峰值位置估计信道参数。仿真结果表明,此方法计算量与FFT相当,且有较高的估计精度。     

浅海远程水声Turbo编码跳频通信研究

结合Turbo编码和水声跳频通信技术,基于数字信号处理(DSP)成功地研制出了一种高效的抗多途、抗噪声浅海远程水声通信系统.该系统针对浅海远程水声信道的低信噪比、强多途及快速时变衰落特点,采用一种联合有限脉冲响应(FIR)数字窄带滤波和线性调频信号互相关检测的快速、精确的帧同步方法;利用快速频谱分析进行解调,使用复杂度...     

强多径干扰下的水声通信均衡算法研究

水声信道的典型特点为强多径干扰、多普勒频移严重。锁相环-判决反馈均衡器(Phase-Lock Loop-Decision Feedback Equalization,PLL-DFE)是水声相干通信中克服信道多径干扰,消除码间干扰的主要技术手段。对抗多径干扰的判决反馈均衡自适应算法进行了改进,在快速自优化LMS算法的基础上进行了优化,提出了记忆快速自优化均衡(Memory Fast-Optimized LMS,MFOLMS)算法。该算法提高了均衡器的跟踪性能。在二阶锁相环和判决反馈均衡器的联合作用下,按照最小均方误差(Minimum Mean Square Error,MMSE)准则自动调节相应的参数,使均衡器达到最佳的性能。仿真和湖试数据处理结果均表明,该文提出的算法可以抵消多径的影响,提高通信系统的接收性能。     

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。     

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。     

低声能辐射下的两种水声跳频通信方法对比研究

水声信道是一个极其复杂的时变-空变-频变信道,因而进行水声通信,必须克服时变多途干扰等困难。将抗干扰能力强的跳频通信技术应用于水声通信领域,对于隐蔽性、保密性要求高的系统来说,该体制有着卓越的特性。在仿真环境下,对比研究了m序列和基于二维logistic映射的混沌序列的相关性、平衡性、功率谱特性、多址性等性能。构建了一种在低声能条件下的水声跳频通信系统,给出了系统编解码技术的实现方法。发射的帧信号由激活信号、同步信号、时延信号和三组(15,11)汉明码循环3次组成,采用了时间与频率的双分集技术进行纠错解码,从而增强了系统的保密性。通过外场试验,验证了利用m序列和混沌序列进行水声跳频通信的可行性,并对试验结果进行了对比研究。由于混沌序列的数量巨大且性能优异,非常适用于水声组网通信和保密性要求高的水声通信系统。因此,混沌序列在今后的水声跳频通信领域应有更广阔的应用前景。     

基于MSS-PDS和单阵元PTRM信道均衡的深海远程水声通信方案

为了提高水声通信的性能,提出了一种联合运用M元扩频（MSS）通信和Pattern时延差编码（PDS）水声通信体制,并采用单阵元被动式时间反转镜（PTRM）来实现声信道均衡的深海远程水声通信方案。该方案的M元扩频-Pattern时延差编码通信技术既能胜任远程水声通信,又能提高通信速率;单阵元被动式时间反转镜信道均衡技术既可抑制多途扩展产生的码间干扰,又能提高信噪比。根据深海声道特性分析,该方案将通信固定节点置于声道轴以获取会聚增益,提高通信距离。计算机仿真结果证明,所提出的深海远程水声通信方案具有很好的鲁棒性和可行性。     

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。     

基于短时傅里叶变换的水声OFDM时间同步方法

正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。由于多普勒频移和多径时延的存在,需对OFDM信号进行时间同步。同步不准会引起OFDM水声通信中符号间干扰和子载波间干扰,提出了一种基于叠加单频序列的短时傅里叶变换(STFT)时间同步方法,该方案首先提取叠加在OFDM符号上的单频信号,对该信号进行短时傅里叶变换,随后对其时频幅度谱进行分析,利用平坦区域确定同步时刻。仿真和试验结果表明,该方案有效可行。     

滤波器组多载波系统的干扰分析和性能验证

分析了多普勒频偏以及多径时延对滤波器组多载波(FBMC)系统的影响,给出了多普勒频偏以及多径时延造成干扰的闭合定量分析式,该分析式对正交频分复用(OFDM)系统同样适用,并据此对无线多径衰落信道场景中的FBMC系统与传统OFDM系统性能进行了对比.研究结果表明,FBMC系统对多普勒频偏的抵抗性优于OFDM系统,但是系统性能会随信道多径时延的增大而降低.在多径时延相对较小的快衰落信道中,符号间干扰并非影响系统性能的主要因素,FBMC系统可以利用简单的频域均衡获得足够好的性能,仿真结果验证了这一点.     

一种改进LS信道估计算法在稀疏多径水声信道中的应用

为了消除水声正交频分复用调制(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)系统中噪声对稀疏多径信道估计的影响,提出了一种改进的最小二乘(Least-Square,LS)信道估计算法。该方法在传统基于离散傅里叶变换(Discrete Fourier Transform,DFT)插值的信道估计结构上进行了改进,得到了基于阈值探测的DFT插值信道估计方法,该方法将小于阈值的时域信道响应置零,探测最有效信道抽头,有效消除噪声干扰的影响。仿真结果验证了DFT插值在稀疏多径水声信道估计中的实用性;得到了当循环前缀长度与信道长度越接近时信道估计性能(Bit Error Rate,BER)越好的结论;确定了在两种调制方式下算法的阈值系数范围;且该新算法与已有算法所需的信噪比可低约2 d B,解决了用循环前缀长度来近似信道真实长度的实际问题。     

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。     

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。     

水声DS-CDMA通信中多相位假设码片速率自适应判决反馈均衡算法研究

研究了直接序列扩频码分复用(DS-CDMA)通信中基于多相位假设的码片速率自适应判决反馈均衡算法.水声信道的衰落和多普勒频移会严重影响扩频信号的相关特性,需要在做解扩频之前进行多普勒频移补偿和信道自适应均衡.将空间分集-多普勒频移补偿-自最佳自适应判决反馈均衡算法应用到DS-CDMA通信中,提出一种基于多相位假设的码片速率自适应判决反馈均衡算法,并用实际的千岛湖实验数据和仿真数据对算法性能进行了分析.结果表明算法以增加计算复杂性为代价显著提高了DS-CDMA通信性能,在复杂快变的多途和多普勒频移条件下可以保证低的误符号率,在低信噪比条件下能够稳定工作,总体性能良好.     

Measurements of radio channels and bit error rate estimation of IEEE802.16 standard in semi-rural environment at three frequencies in the 2?6 GHz frequency band

Simultaneous measurements with 10 MHz bandwidth at 2.5, 3.5 and 5.8 GHz were performed in a rural/semi-rural environment in the UK. The measurements were processed to generate power delay profiles to estimate the root mean square delay spread of the channel. The frequency range of the orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) symbol bandwidth that has dropped below a predefined level, termed herein as average fade bandwidth, and the corresponding level crossing are employed to quantify the severity of frequency selectivity. The channel data were used to estimate the bit error rate, for the 256 carrier-OFDM IEEE802.16 standard using a frequency domain channel simulator especially designed for the study. It was found that the performance of quasi-stationary wireless broadband systems depends mainly upon the frequency selectivity and the channel coding rate with 1/2 rate coding giving a superior performance to 3/4 rate coding. Puncturing was found to weaken the capability of forward error correction coding in the presence of series of deep fades in the channel transfer function.     

基于VBLAST的水声MIMO高速通信技术研究

为实现高速水下通信,提出了一种基于VBLAST（贝尔实验室垂直分层空时）编码的水声MIMO（多输入多输出）通信技术。该技术通过在发射端和接收端同时采用多个阵元进行多发多收,借助空间复用,可有效解决水下通信系统带宽资源缺乏的难题,使系统在不增加带宽的条件下成倍提高数据传输速率。在水声MIMO通信系统的接收端,提出采用带有二阶数字锁相环、基于自适应空时判决反馈均衡的相干解调技术。该技术可有效克服水声MIMO信道中的多径干扰及同频干扰,且能自适应跟踪信道变化。仿真及湖试结果证明了所提水声MIMO高速通信技术的良好性能。     

Efficient DFT-based channel estimation for OFDM systems on multipath channels

An improved discrete Fourier transform (DFT)-based channel estimation for orthogonal frequency division multiplexing systems is proposed. Conventional DFT-based channel estimations improve the performance by suppressing time domain noise. However, they potentially require information on channel impulse responses and may also result in mean-square error (MSE) floor due to incorrect channel information such as channel delay spread. In contrast, our purposed channel estimation can improve the performance by deciding significant channel taps adaptively without requiring any channel statistical information. Significant channel taps are detected on the basis of a predetermined threshold. The optimal threshold to reduce the MSE of the estimation is also derived, and it is confirmed by computer simulation. Simulation results demonstrate that the proposed algorithm can improve the MSE performance ~6.5 dB compared with the conventional DFT-based estimation, and the MSE floor is not observed in any channels.