一种用于水声相干通信系统的自适应均衡算法

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。为了减少多通道数据处理的复杂性、优化算法、提高算法精度,该文提出了自适应自最优预合并多通道判决反馈均衡算法。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,使用统一的误差信号,按照最小化均方误差(MMSE)准则调节各部分的系数,从而实现均衡器性能的全局最优。仿真试验和湖上试验对该算法的性能进行了分析。实验结果表明,该文提出的算法可以进一步减少运算量,提高通信系统的接收性能,算法性能优于已有算法。     

一种用于水声相干通信系统的自适应均衡算法

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。为了减少多通道数据处理的复杂性、优化算法、提高算法精度,该文提出了自适应自最优预合并多通道判决反馈均衡算法。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,使用统一的误差信号,按照最小化均方误差（MMSE）准则调节各部分的系数,从而实现均衡器性能的全局最优。仿真试验和湖上试验对该算法的性能进行了分析。实验结果表明,该文提出的算法可以进一步减少运算量,提高通信系统的接收性能,算法性能优于已有算法。     

稀疏水声信道判决反馈盲均衡算法研究

针对高速水声通信中信道的稀疏特性,提出了一种基于常数模准则的稀疏水声信道判决反馈盲均衡算法。该算法将改进的常数模算法与一种变化的判决反馈均衡器结构(部分反馈均衡器)有机结合,利用水声信道的稀疏特性,不但很好地实现了稀疏水声信道的盲均衡,而且简化了计算,易于算法的硬件实现。用典型稀疏水声信道进行了计算机仿真。结果表明,该算法性能稳定,计算量小,稳态均方误差低,整体性能与基于自适应LMS的稀疏迭代算法接近。该研究为高速水声通信中稀疏信道的均衡提供了一种可实现的方法。     

水声相干通信信道均衡实验研究

在水声相干通信中,自适应均衡是克服信道码间干扰的有效方法。为了检验所设计的水声相干通信数据处理方法的正确性及作者所提出的一种变步长低计算量自适应均衡算法在实际应用中的性能,进行了水下通信实验。对实验数据的处理结果表明,常用的Ts/2分数间隔均衡效果不理想,采用Ts/4分数间隔均衡时性能有很大提高并获得了零误码。通过与传统算法进行性能对比得出,该算法在初始步长取值变化时具有很好的收敛性能且计算量较低,性能优于传统算法。     

时域均衡在OFDM水声通信系统中的应用

为了对抗水声信道时延扩展大于循环前缀长度时引起的码间串扰问题,在基本的OFDM水声通信系统接收端进行DFT变换前加入相对较短的时域均衡器来限制信道冲激响应的长度。分析了基于MMSE准则的时域均衡算法的实现过程以及算法的复杂程度,对该算法在水声环境下的性能进行了仿真分析,并比较了影响系统性能的因素。结果表明通过加入时域均衡器能够有效对抗信道严重的时间离散性,改善OFDM水声通信系统在循环前缀不足时的系统性能。     

基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法

针对常规的相干解调和非相干解调在水声信道通信中可靠性差的问题,文中提出了一种基于Chebyshev混沌序列的正交宽带调制解调方法。该方法基于海洋水声信道环境与传播特点,采用统计特性接近环境噪声且具有尖锐自相关、宽带特性的Chebyshev混沌序列作为信息载体和同步信号,并利用欧氏距离分类器对接收信号进行非相干分类判决解调。该方法可有效抑制水声信道因多途传播而引起的频率选择性衰落和码间干扰,从而更好地实现低信噪比条件下可靠水声通信。仿真实验证明,在-10 dB以上信噪比环境下,文中所提通信方法在具有多途效应的水声信道上具有良好的通信性能。     

一种水声通信中的多阵元Turbo均衡算法

Turbo均衡应用在水声通信中的问题主要在于水声信道时间扩展长,多接收阵元处理复杂度较高。该文研究了将时间反转与马尔可夫链蒙特卡罗(MCMC)均衡联合优化算法用于实现Turbo均衡。首先进行时间反转实现多接收阵元较长多径时延的压缩,再利用白化滤波器解决时间反转造成的噪声模型失配问题,最后利用复杂度较低的MCMC均衡器结合软迭代信道估计对时间反转合并后得到的信号进行均衡。结合真实实验信道条件对信道响应估计的误差建立模型,通过仿真比较得出, 该算法在相同条件下相对于多阵元直接自适应Turbo均衡算法复杂度降低67%,且有1.6 dB的误码率性能增益。通过对湖上试验数据进行处理,进一步验证了该算法的优势。     

水声通信中基于软判决的块迭代判决反馈均衡器

在单载波频域均衡水声通信系统中,混合结构的时-频域判决反馈均衡器(H-DFE)计算复杂度高,不利于实时实现;而基于硬判决的块迭代判决反馈均衡器(HD-IBDFE)存在错误符号判决造成系统性能下降问题,同时需要估计判决符号和发射数据之间的互相关函数。该文对水声通信中基于软判决的块迭代判决反馈均衡(SD-IBDFE)接收机算法进行了研究,通过对均衡器输出信号进行软判决,并将符号软信息进行反馈,提高了系统性能,同时采用迭代信道估计方法来适应水声信道的时变性。通过仿真比较得出,该方法在水声信道条件下明显优于HD- IBDFE。对湖上试验数据处理结果表明,在浅水1.8 km通信距离下,单通道无编码QPSK调制可实现10-3的误码率并达到3000 bps的有效数据率。     

IDMA水声多用户下行通信链路迭代接收算法

水声通信网络的快速发展对多用户水声物理层通信技术提出了迫切的需求。本文主要针对水声多用户下行通信链路中存在严重码间干扰和多址干扰的问题,提出了一种交织多址（IDMA）水声多用户下行通信链路迭代接收算法,能够根据译码器输出的软信息对估计的信道进行迭代更新,同时根据信道估计结果重建各用户对当前用户的多址干扰（MAI）,并使用干扰抵消器予以抵消,通过在均衡器、译码器和干扰抵消器之间的迭代逐次提高当前用户信息的输出信噪比,最终实现正确解调。其中,信道估计算法采用LMMSE初始化的分簇OMP稀疏信道估计算法,多普勒估计采用时频二维搜索结合自相关相位估计的方法,计算机仿真结果表明该接收机具有与已知信道时接近或相当的性能。进行了多用户水声通信海上试验,在4.5km、6km和7km三个距离实现了对2个用户、3个用户和4个用户的同时通信,每个用户的通信净速率约为500bps,证明了本文所提出的方法能够有效应用在多用户水声通信中,为水声通信网络的发展提供了一种重要的物理层通信技术手段。      

基于直接序列扩频的WSN通信信道调制算法

无线传感器网络(WSN)通信是无线通信的重要应用领域,WSN通信信道受到码间干扰导致信道均衡度不高,需要进行信道调制提高信道均衡性能,降低误码率。提出一种基于直接序列扩频的WSN通信信道调制算法。进行WSN通信的信道模型构建,采用奈奎斯特码间干扰抑制原理进行波特间隔均衡器设计,对接收信号进行贯序处理,采用直接序列扩频技术实现WSN通信信道优化调制。仿真结果表明,采用该算法进行WSN通信,信道均衡性能较好,输出码元的误比特率较低,在通信质量改善方面比传统方法具有优越性能。     

一种用于多径衰落水声信道的盲均衡算法研究

信道均衡是现今高速水声通信系统中克服码间干扰一项关键技术,如何提高均衡器的性能是目前研究的热点课题。针对水声信道的时变多普勒特性,在分析信道模型及盲均衡器结构特点的基础上,提出了一种时域解相关的变步长恒模算法,并对算法进行了仿真及试验分析。结果表明改进算法能够有效克服实际水声通信中的码间干扰效应,具有更快的收敛速度和更小的剩余误差,提高了浅海水声通信的有效性和可靠性,具有广阔的工程应用前景。     

一种水声信道自适应均衡算法研究

由声波传播的多途效应所引起的码间干扰及信号衰落,使得水下数据传输的速率和可靠性都大大降低。针对多途干扰严重的水声信道,将一种基于最小均方误差算法的信道自适应均衡器应用于水声信号处理中。对该均衡器的基本理论及其结构进行了归纳,结合水声多途信道的基本特点,建立了仿真模型,重点分析了步长参数、信噪比等对算法收敛速度和稳态误差等方面性能的影响,为实现高质量的水下信息传递提供技术支持。     

Low-Power Based Coherent Acoustic Modem for Emerging Underwater Acoustic Sensor Networks

Smart, small, inexpensive sensor nodes are used to construct underwater acoustic sensor networks. In addition, with the recent increase in the importance of underwater applications, the need for underwater communication has become more important. Hence, an acoustic modem capable of effective underwater communications has become more necessary for the sensor nodes to obtain underwater data. To develop an acoustic modem for effective underwater communications, some limitations must be overcome, such as the very short transmission range of radio waves, limited power supply, and high cost of commercial acoustic modems. Recently, low-power, low-cost acoustic modems have been developed. However, the data rates of these modems are so slow that sensor nodes cannot perform energy-efficient protocols. The objective of this work is to develop an acoustic modem capable of supporting high data rates. We introduce a coherent acoustic modem that uses waterproof ultrasonic sensors to process acoustic waves. The proposed modem is based on a low-power, low-cost, short-range concept, and it also supports a high data rate for energy-efficient MAC and routing protocols. Underwater experiments are conducted to evaluate the performance improvements of our modem. Experimental results show that our modem has the best performance among all recently developed low-power modems and that it is preferable to develop a coherent modem able to perform effective underwater communications.     

一种改进的OFDM水下可见光无线通信系统

在水下直流偏置光无线通信正交频分复用(UOWC-DCO-OFDM)系统中,为了保证光信号在发射端具有较低峰均比(PAPR)并在水下可进行远距离低误比特率传输,采用了子载波预留、最小二乘算法(TR-LSA)与压扩变换相结合的方法,同时运用优化的神经网络对水下环境进行信道估计,并基于该方法在接收端设计信道均衡器,以应对水下...     

A Discrete-Time Channel Simulator Driven by Measured Scattering Functions

In-situ measurements of the scattering function are used to drive a channel simulator developed in the context of underwater acoustic telemetry. Two operation modes of the simulator are evaluated. A replay mode is accomplished by interpolation of measured impulse responses. A second, stochastic mode delivers multiple realizations of a given scattering function. The initial assumption of wide-sense stationary uncorrelated scattering is violated by strong phase correlations between taps. It is shown that time-varying Doppler shifts due to platform motion must be eliminated from measured scattering functions in order to provide the stochastic tap gains with the true Doppler spectrum of the channel. The simulator is validated through a comparison of acoustic data measured at sea, and emulated data, governed by the same scattering function. This comparison is based on scattering and coherence functions, multipath phase measurements, and application of a decisionfeedback equalizer. After the Doppler correction, the synthetic data are indistinguishable from the acoustic data in terms of delay-Doppler spread, temporal coherence, phase behavior, equalizer mean square error, and bit error ratio.     

Performance evaluation and implementation of convolution coded OFDM modem in wireless underwater acoustic communication

High‐data transmission rate and reliable communication in underwater acoustic channel is challenging because of limited bandwidth, multipath propagation, and Doppler shift, which results in poor bit error performance. Under this constraint, this paper explains the simulation results of underwater wireless acoustic data transmission system by using quadrature phase shift keying modulation with convolution encoder at the transmitter and proposed Viterbi decoder at the receiver. The decoder algorithm in comparison with MATLAB inbuilt function shows asserting improved results. This paper evaluates the performance of convolution coded orthogonal frequency division multiplexing modem, which is studied over typical underwater channel through an extensive computer simulation and a semirealistic experimentation. The performance of convolution coded orthogonal frequency division multiplexing system is measured in time domain plots, bit error rate curves, and number of bit errors per frame over additive white Gaussian noise and Rayleigh channel conditions.     

基于Kalman滤波的水声混合双向迭代信道均衡算法

水声信道均衡中基于信道估计的均衡方法理论上具有更优的均衡性能,但较高的计算复杂度限制了算法的实际应用。针对这一问题,该文首先基于Kalman滤波和Turbo均衡提出一种迭代Kalman均衡器,实现了基于软符号的迭代信道估计与迭代Kalman均衡,且复杂度较常规方法降低约1个数量级。其次,针对单一均衡算法和单一方向Turbo均衡器存在的误差传递现象,设计了基于迭代Kalman均衡器与改进成比例归一化LMS (IPNLMS)自适应均衡器相结合的混合双向Turbo均衡器,提高了自适应均衡器的收敛速度和均衡性能,并通过双向均衡结构带来的增益改善了符号估计误差传递的现象。理论分析与仿真实验验证了该文算法的有效性。