虚拟时间反转镜PDS水声通信双向均衡方案

虚拟时间反转镜（Virtual Time Reversal Mirror,VTRM）引导了空间聚焦和信道均衡,将其应用在Pattern时延差编码（Pattern Time Delay Shift Coding,PDS）水声通信体制,构成VTRM-PDS系统,可增强抗多途干扰的能力。但当通信节点间存在缓慢运动,即信道缓慢时变时,在一帧信号中,信道均衡的效果会随时间逐渐降低,产生失配现象。提出了双向均衡方案,在没有信道先验知识的前提下,通过前向和后向信道均衡,充分利用探测信号和信道信息,提高了信道均衡效果。湖试结果证明了该方案的优越性。     

基于FFH/MFSK的深海远程水声通信技术

为实现深海远程水下通信,提出了一种FFH（Fast Frequency Hopping）/MFSK（快跳频/多频移键控）通信方案。该方案利用快跳频技术对已调MFSK信号进行二次调制,借助频率分集,可有效地抑制远程水声信道因多途传播而引起的频率选择性衰落,从而更好地实现远程低信噪比条件下可靠通信。同时采用深海声道作为通信系统水声波导,将通信节点置于声道轴以大幅提高通信距离。仿真及湖试结果证明了所提方案的良好性能。     

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。     

OFDM水声通信线性最小均方误差算法信道均衡

正交频分复用在高速水声通信中的应用越来越广泛.水声信道是多径、高噪声的衰落信道.由于信道条件差,容易产生码间干扰,信道均衡技术是提高通信系统性能的重要技术.提出了线性最小均方估计在水声通信系统中应用的方案,研究了实际通信中利用调频信号如何确定信号的平均多径时延、最大多径时延,比较了不同调频信号测量信道的性能.该方案基于导频辅助均衡方法,利用调频信号测量信道,获得的信道统计信息,计算信道的自相关矩阵.从而根据线性最小均方误差算法进行信道均衡.通过仿真和湖试进行验证,结果表明该方案效果较好,对系统性能改善比较明显.     

Pattern时延差编码水声通信抗多普勒的差分解码研究

研究了 Pattern时延差编码（Pattern Time Delay Shift Coding,PTDS）水声通信的差分解码技术。在移动水声通信中,多普勒频偏会对信号产生时间上的压缩或展宽。差分解码通过测量相邻Pattern的时间差进行时延估计完成译码,克服了多普勒频偏在时间上的累加效应,具有更强的抵抗多普勒能力,为移动水声通信技术的研究打下了基础。仿真实验证明所提出的解码方案简单易行、性能优良。     

时延差编码在水下声通信系统中的应用

本文研究一种基于 pattern-时延差编码的高速数字水声远程通信技术，这一技术可以改善浅海中的通信质量。该技术利用线性调频（LFM）信号矩形脉冲的时延值进行时延编码，在接收端进行峰值检测的基础上采用时延估计技术进行时延解码。实时实验结果表明，在较低信噪比和存在多途扩展的情况下，采用该技术仍可实现信息的远程可靠传输。     

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。     

水声通信中一种有效的停等自动重传请求方案

针对水声信道,提出了一种改进的停等自动重传请求（stop-and-wait automatic repeat request,简称SWARQ）方案。为了提高传输的可靠性,分组中的每个比特连续传输Ⅳ次。对所提方案的理论上所得到的吞吐量关于信道的比特信噪比（SNR）、分组长度、每个比特连续传输的次数以及信道传输速率与信道传播时延之积进行了优化．较之于文献中所提及适合水声信道的基本SWARQ及其改进方案．所提出的ARQ方案能显著地提高水声通信系统的吞吐性能。而且．随着比特信噪比的增大,最优的N对分组长度、信道传输速率与信道传播时延之积的敏感度大大地降低。     

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。     

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。     

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)。     

Twisted Acoustics: Metasurface‐Enabled Multiplexing and Demultiplexing

Metasurfaces are used to enable acoustic orbital angular momentum (a‐OAM)‐based multiplexing in real‐time, postprocess‐free, and sensor‐scanning‐free fashions to improve the bandwidth of acoustic communication, with intrinsic compatibility and expandability to cooperate with other multiplexing schemes. The metasurface‐based communication relying on encoding information onto twisted beams is numerically and experimentally demonstrated by realizing real‐time picture transfer, which differs from existing static data transfer by encoding data onto OAM states. With the advantages of real‐time transmission, passive and instantaneous data decoding, vanishingly low loss, compact size, and high transmitting accuracy, the study of a‐OAM‐based information transfer with metasurfaces offers new route to boost the capacity of acoustic communication and great potential to profoundly advance relevant fields.     

水声传感网中的高效调制解调器的设计

为适应水声传感网络节点密集、规模大、工作时间长的特点,提出了一种具有小体积、低成本、低功耗等特点的水声调制解调器。采用数字幅度调制2ASK调制解调方式,硬件使用低功耗设计方案,电池供电,使用市场上量产的收发一体式小型水声换能器,使功耗和成本得到大幅度降低。经实际测试,整机最大功耗为90 mW,数据传输速率为2kbps,具备代替市场上昂贵水声调制解调器的潜力,在水声传感网技术中有良好的应用前景。     

纠错编码技术在水声跳频通信中的性能研究

将水声跳频通信系统与纠错编码技术相结合进行了研究,针对复杂多变、强多途和起伏干扰的浅水水声信道,建立了基于BELLHOP射线模型的时变衰落水声信道模型,该信道模型建立起了信道特性与海洋环境参数之间的关系,在海洋环境参数给定的条件下可以精确仿真信道。在此基础上通过系统仿真的方法研究了卷积码、RS码和串行级联码三种纠错编码方案在水声跳频通信系统中的性能,给出了两种典型信道下的仿真结果并进行了对比分析,结果表明串行级联码具有更强的纠错能力,比较适合复杂多变的水声衰落信道。     

OFDM水声通信系统的LS-OMP信道估计

对于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)水声通信系统,最小二乘(Least Squares,LS)信道估计方法受噪声影响较大,并且使用的导频数量较多,影响通信效率。而基于压缩感知理论的正交匹配追踪(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)信道估计方法可以充分利用水声信道的稀疏特性,同时能够有效地抑制系统噪声,但控制迭代运算次数的相关参数(稀疏度或误差容忍值)是OMP算法的关键条件。针对上述问题,提出了利用少量导频随机分布的LS和OMP联合的信道估计方法,该方法首先利用少量导频采用LS方法估计出OMP算法的误差容忍值,再利用OMP算法恢复数据子载波的信道信息。理论分析和仿真结果同时表明,与传统的LS算法或OMP算法相比,新算法能够在数据恢复的同时有效抑制系统噪声,应用稀疏特性及较少量的导频,进一步提高了系统的频谱效率,对时变稀疏水声信道具有更好的适应性。     

H序沃尔什快速变换及其在水声扩频通信中的应用

严重的多途衰落、多普勒频偏是水声通信中引起误码的主要原因,扩频通信技术的抗多途、抗干扰性能使之适合用于水声通信。然而,要想较好地解决多途衰落和多普勒频偏问题,须对接收信号进行多途分量的提取和多普勒频率搜索。这将使程序的运算量大为增加,一般的相关算法无法满足数据处理的实时性。沃尔什快速变换能够快速的实现矢量和矩阵的相关运算,将其应用到水声扩频通信中的扩频编解码、频率搜索和多途分集,可以保证接收信号的实时处理。从而,在信道多途比较严重、环境噪声较强的浅海信道中,能够实现长距离、低信噪比、低误码率、高保密性的实时扩频通信。通过湖试和海试,验证了此水声扩频通信系统的上述优良性能。     

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。     

有源吸声尖劈的实验研究

提出了一种利用有源控制改善吸声尖劈低频声吸收的方法。实验研究了正入射下,有源控制系统对吸声尖劈低频段吸声性能的补偿效果;比较了用有源控制分别对吸声尖劈正面和背面声阻抗与空气阻抗进行匹配两种误差策略,发现将误差传声器放置在尖劈前更合理,既能保证较好的低频吸声效果,又能占用较少的空间。实验结果表明,有源控制系统与20cm长的传统尖劈相结合所构成的总长约40cm的有源吸声尖劈,在100-1000Hz频率段,吸声系数可以达到0.98-1.00,和80cm长的传统尖劈的吸声性能相当。