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。     

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。     

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.     

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。     

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。     

基于深度神经网络的水声FBMC通信信号检测方法

针对传统水声滤波器组多载波（Filter Bank Multi-Carrier,FBMC）通信接收端需经过信道估计和均衡才可恢复出发送符号,系统复杂度高且信道估计精度不佳等问题。文章将深度神经网络融入到水声多载波通信当中,提出一种基于深度神经网络的水声FBMC信号检测方法。在训练阶段通过大量的数据迭代、调试超参数和优化算法来改善深度神经网络参数,使其具有预期的估计效果。利用训练完成的深度神经网络模型取代传统FBMC通信系统接收端的信道估计、均衡等模块,自适应地学习水声信道状态信息,同时避免了固有的虚部干扰影响。在测试阶段直接将频域序列作为网络的输入来预测发送的二进制序列,仿真结果表明所提出的基于深度神经网络的FBMC信号检测方法相比传统信道估计算法有更好的误码率性能。     

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。     

STBC-OFDM技术在水声通信中的试验研究

空时分组编码（Space Time Block Coding,STBC）技术能够获得满发射分集增益并且译码简单,而正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术可对抗水声信道中的多径干扰和实现较高的频谱利用率。设计了将空时分组编码与正交频分复用相结合（STBC-OFDM）的高速水声通信系统方案,并进行了湖上试验研究。湖试中,在1200m距离下,带宽为4.32kHz时有效传输速率为3.328kbps,误比特率低于10-5。湖试结果表明,STBC-OFDM技术在高速水声通信中的应用潜力。     

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CMA盲均衡器设计（算法研究部分）

在通信系统中,由于信道不理想而造成严重的码间干扰（ISI,Intersymbol Interference）,数据传输的可靠性和数据传输的速率都大大降低,需要用自适应（信道）均衡技术来消除。盲均衡是一种新兴的自适应均衡技术,自从它出现后,就得到了广泛的关注,并在许多领域中得到应用。本文系统地分析研究和归纳总结了Bussgang类盲均衡的基本理论。重点分析了常数模算法（CMA,Constant ModulusAlgorithm）,对常数模算法的迭代公式进行了推导。     

水声通信系统中分布式空时分组码的研究

协作传输可以获得无线信道内在的空间分集,有效改善通信系统的性能,增加通信系统的覆盖范围。对水声通信系统中两中继节点协作的译码转发方案进行了研究,提出了基于译码转发协议(DF)的分布式空时分组扩频编码(DSTBSC)方案,该方案可以克服多径衰落对分布式空时分组码(DSTBC)信号正交性的影响。给出了DSTBSC方案的系统模型,着重分析了在采用两中继译码转发时,中继节点的误码对水声通信系统性能的影响。在接收端不考虑信号冲突的情况进行仿真,结果表明,与直接传输方案相比,采用两中继节点、译码转发的DSTBSC方案,在两中继节点处均无误码和一个中继有误码时在相同的比特误码率(BER)条件下均可获得约4dB的分集增益,增加了传输距离。     

共生生物搜索算法在水声信道均衡中的应用

由于多径效应和频散效应导致水声信道中声信号衰减和失真严重,传统均衡技术不能满足在水声信道中应用的要求,近年来神经网络在均衡技术方面的突出表现受到广泛关注,因此,本文提出一种高效的神经网络训练算法,即基于非线性自回归神经网络的改进共生生物搜索算法(简称NARX-nSOS算法)实现水声信道均衡。该算法在非线性自回归神经网络(Nonlinear Autoregressive Neural Network with Exogenous Inputs, NARX)均衡器的基础上,用共生生物搜索算法(Symbiotic Organisms Search, SOS)来进行优化,并结合反向学习算法(Opposition-Based Learning, OBL)来提高该算法的收敛能力,利用计算机对NARX-nSOS算法的有效性进行了仿真验证,结果证明NARXnSOS算法加快了收敛速度,通信质量得到了显著提高。     

改进的被动时间反转阵处理水下通信

时间反转技术由于不受环境制约,能自适应实现信道多途压缩和对指定点的空间聚焦,降低多用户通信过程中的码间干扰和同道干扰,广泛应用在水声通信领域。利用垂直阵加权处理的方法,在被动时间反转的基础上增加了一抵消项,抑制其中一个用户在接收阵的接收幅度以达到对另一用户指定通信的目的。模拟仿真显示该方法比单独只用被动时间反转处理,误码率能降低一半。海上试验数据处理结果与模拟仿真基本一致。     

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。     

基于压缩感知的多中继协作通信系统稀疏信道估计算法研究

提出了一种基于压缩感知理论的多中继协作通信系统稀疏信道估计方法.采用正交匹配追踪（Orthogonal Matching Pursuit,OMP）压缩感知算法,对时域信道脉冲响应进行估计.对多中继协作通信系统进行稀疏建模;结合压缩感知理论构建观测矩阵,并给出卷积信道的稀疏表示;利用压缩信道感知算法重建了系统的卷积复合信道.仿真结果表明,与传统的最小二乘法（Least Square,LS）相比,采用压缩感知理论的信道估计算法,能利用较少的导频信号获得很好的信道估计性能,提高了频谱利用率.     

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。     

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。