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。     

远程水声扩频通信时变多普勒估计与码片同步联合处理算法

在低信噪比的远程浅海水声移动通信中,传统多普勒估计算法难以有效跟踪时变多普勒因子,针对该问题提出了一种基于时频联合搜索的新的时变多普勒跟踪算法。利用正交支路扩频码的扩频增益和互相关特性,结合迭代处理技术,搜索扩频码符号在不同码片相位下的多普勒频谱峰值,选择具有最大峰值的频谱对应的多普勒因子和码片相位,对信号进行多普勒补偿和码片同步。蒙特卡洛仿真表明,该算法能够在信噪比为-18 dB的情况下有效地对10 m.s~(-1)以内产生的时变多普勒进行逐符号跟踪补偿。算法经过海试测试,在远程浅海移动通信中成功完成了多普勒跟踪估计,通信误码率达到10~(-3)。     

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。     

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。     

浅谈LDPC码在短波宽带信道中的性能

现在社会中,通讯技术迅猛发展,短波通讯成为了其中一种高端的技术。为减小短波宽带信道中多径效应和多普勒效应对通信系统误比特率的影响,引入高可靠性LDPC码作为信道编码方式。寻找合适的校验矩阵,改进译码算法,结合能有效抑制多径干扰的ME-CDMA技术,提出了一种LDPC＋OFDM＋DSSS的设计方案。通过对ITS模型的短波宽带信道进行分析,利用信道均衡技术恢复接收信号,建立了系统仿真模型。仿真结果显示,所设计方能够有效抑制信道间干扰和符号间干扰,降低通信系统对多普勒频移的敏感度,取得优异的误码性能。     

被动时反与自适应均衡相联合的水声通信研究

在实际的水声环境中,被动时反处理单向传输、实施简单,可以减小信道衰落的影响并重组多途信号,抑制码间干扰,但因水声信道复杂性等的影响,接收到信号经被动时反处理后仍存在残余的码间干扰,为此,被动时反处理后,基于递归最小二乘（RLS）的判决反馈自适应均衡处理方法被用来消除这些残余的码间干扰。复杂的实验室波导试验结果表明这种联合处理：（1）实现了无误码传输,（2）自适应均衡器的抽头数较少,计算复杂度较低。验证了被动时间反转和自适应均衡相联合的信号处理方法在相位相干水下通信中的可靠性与高效性。     

浅海水声信道中的一种带循环均衡的Turbo译码结构

针对浅海水声信道长时延、强多途干扰的特点,建立了一种新的带自适应循环判决反馈均衡的Turbo译码结构,并对其性能进行了仿真研究.该结构对典型的Turbo译码器进行了改进,使之不但能输出信息比特,同时又能输出校验比特,这些比特经硬判决、符号映射及信道交织后反馈回判决反馈均衡器,构成带自适应循环判决反馈均衡的Turbo译码结构.厦门港实测5途浅海水声信道仿真结果显示,该结构具有优良的抗多途性能,信噪比大于4dB时,误比特率小于10-5,比联合判决反馈均衡的Turbo译码结构提高了约2.5dB.     

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。     

适用于QAM信号的方形判决超指数迭代盲均衡算法

针对超指数迭代判决反馈(Super-Exponential Iteration Decision Feedback Equalization,SEI-DFE)盲均衡算法在水声通信系统中表现出的收敛性差的问题,提出了一种基于正方形判决的修正超指数迭代判决反馈盲均衡算法。该算法在修正超指数算法的基础上,引入判决正方形机制分别对输出信号的同相分量和正交分量进行均衡,以进一步提高相位补偿能力;在判决反馈均衡器中引入二阶数字锁相环,实现对相位旋转的跟踪和补偿。消声水池实验采用16QAM调制信号,从滤波器阶数、步长以及Q矩阵大小三个方面对算法的影响来验证算法的误码率性能,结果表明,新算法的误码率相比修正超指数迭代判决反馈(Modified Super-Exponential Iteration Decision Feedback Equalization,MSEI-DFE)算法改善了两个量级,实现了对相位旋转的有效补偿,大大改善了载波恢复性能。     

信道时域均衡技术研究

当发送信号通过非理想信道时,通常会产生码间干扰。采用均衡技术可以有效的进行补偿。均衡能够有效地克服传输中的多径干扰和消除码间串扰,是无线通信系统中的一项重要技术,并且在许多相关领域都有非常广泛的应用,目前已广泛用于通信、雷达、声纳、控制和生物医学工程等许多领域。介绍非线性均衡器,对非线性的判决反馈均衡和线性均衡做对比。仿真结果表明,判决反馈均衡器有着比线性均衡器更好的性能。     

水声通信多通道最大似然联合均衡译码方法

水平阵是水声通信中常见的阵列接收形式,但垂直阵也有重要的应用场合。文章提出了一种适用于垂直阵的水声通信多通道最大似然联合均衡译码方法,相比现有仅在信道均衡中叠加各通道信号的多通道判决反馈均衡方法(Multichannel Decision Feedback Equalizer, M-DFE),该方法利用最大似然准则,在一体化联合均衡译码过程中融合空间多通道接收信息,将空间增益直接用于抵抗水声信道多途衰落和译码纠错,有效提升了水声通信的性能。仿真结果表明,在误码率同样达到 10^-3的条件下,该方法所需信噪比相比 M-DFE方法可下降 2 dB。海上实验结果显示,在多种信道条件下,该方法实现正确译码的通信速率是 M-DFE方法的 1.25倍以上。     

拟牛顿优化BP网络盲判决反馈均衡器

针对水声通信严重多途效应导致的码间干扰,利用神经网络良好的非线性拟合能力,将盲判决反馈均衡器结构与神经网络相结合,同时通过拟牛顿算法提升神经网络的收敛速度,提出了一种拟牛顿优化神经网络的盲判决反馈均衡器。用两个单隐层误差反向传播（Back Propagation,BP）网络替换判决反馈均衡器前馈和反馈滤波器,利用拟牛顿迭代计算神经网络权值,在不计算二阶导数的前提下,使用近似矩阵来近似各层网络权值误差性能函数Hessian矩阵的逆矩阵,通过测量各层权值的梯度变化进行迭代计算。应用自动增益控制和锁相环进行幅度和相位修正。仿真结果表明,拟牛顿优化神经网络的盲判决反馈均衡器在水声信道均衡问题中具有更快的收敛速度及更低的误码率。     

水声通信中变步长神经网络盲均衡算法研究

在水声通信领域多途引起的码间干拢可以用均衡消减。盲均衡不需要训练序列,这将有效的节省通信带宽,提高通信效率及通信性能。实际中的通信信道不可能是完全线性的,神经网络作为一种非线性动态系统,具有大规模并行处理及高度的鲁棒性特征,将其应用于水声信道盲均衡切实可行。文中对变步长BP算法的前馈神经网络进行了理论和算法分析,并通过计算机对其实现水声信道盲均衡进行了仿真。仿真结果表明采用变步长BP算法比采用传统BP算法的神经网络盲均衡器收敛速度快,均衡性能明显提高。     

冰下单载波水声通信试验研究

北极地区战略地位的提高促进了极区各种应用的快速发展，冰下水声通信成为其中一个热点问题。为了研究冰下单载波水声通信性能，在黄海冰区开展冰下试验。重点分析了内嵌锁相环的多通道判决反馈均衡(Multi-channelDecision Feedback Equalization, M-DFE)技术在冰下水声通信中抗多途时延的能力，研究比较了改进比例归一化最小均方(Improved Proportional normalized Least Mean Square, IPNLMS)算法和递归最小二乘(Recursive Least Squares,RLS)算法的均衡性能。试验结果表明IPNLMS和RLS都能克服信道多途效应带来的影响。在牺牲计算复杂度的前提下，RLS具有更好的均衡效果，M-DFE在冰下环境中能够有效消除码间干扰。     

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。