TCM在基于OFDM的水声通信系统中的应用研究

信道带宽窄、强多途、强噪声干扰一直是水下信息高速、可靠传输的主要障碍,提出用网格编码调制技术（Trellis-Coded Modulation,TCM）与正交频分复用技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）相结合的传输体制可有效解决水下高速数据传输的带宽效率和可靠性问题;并详细介绍了TCM、TCM-8PSK的原理及在基于OFDM的水声通信系统中的应用;理论分析和计算机仿真结果表明使用该传输体制的水声通信系统能在不损失数据速率也不增加带宽的情况下编码增益能提高3 dB左右,水声通信系统的性能得到明显改善。     

适合水声信道传输的水下图像高效编码算法

为抵抗水声信道的传输差错,提出了一种具有较高抗误码能力的水下图像高效编码算法。该算法根据水下图像的特点,对图像进行小波变换预处理以去除其中的视觉冗余。对低频系数采用定长量化编码;对重要高频系数采用数值和位置独立编码的方案,其中对重要高频系数的数值提出了变精度定长量化编码方法,而对重要高频系数的位置采用基于位置差降的可逆变长编码算法。为抵抗水声信道的传输差错,提出了合理的分割、交织策略和变长编码块相对定长信道包的存放策略;对低频和高频系数,分别提出了相应的差错检测和掩盖算法。实验结果表明,提出的算法不仅具有较高的压缩效率,而且具有较高的抗误码能力,满足了水声信道传输图像的要求。     

远程水声通信的MC-MPSK方法

远程水声信道是多途、时变、强环境噪声干扰的信道,声波在其中的传输行为十分复杂,加之水声传输的带宽有限以及通信载波频率较低,使得水声通信传输距离和数据率这一对矛盾尤为突出。如何在增大作用距离的同时提高传输数据率是水声通信的难点。该文在80km海上试验的基础上,提出了适合于远程水声通信的多载波-多相移键控（MC-MPSK）的编码调制解调方法。该方法采用多个载波同时进行多相位调制,即信号的频率和相位同时携带信息。该方法与梳状均衡器结合可在增大作用距离的同时提高传输数据率。对不同多径信道模型,相对运动速度10m／s,不同SNR下的误比特率进行的仿真结果表明,该编码调制解调方法可实现远程、多径水声信道的高数据率传输,并进行了湖试验证。     

基于差分时延差编码的水声发射系统研制

差分时延差编码能有效抑制多途信道的干扰,实现信息的可靠传输,因此在水声通信中被广泛应用。本文设计了一种基于差分时延差编码的水声发射系统,针对差分时延差编码的特点和要求,利用波形存储直读方式产生码元,通过以太网将其传输到下位机并存储到存储器;然后对系统进行通信编码参数配置;最后基于下位机存储的码元和通信编码参数配置,将通信信息通过差分时延差编码并经数模转换器和低通滤波器变换后,由换能器发射出去。湖试通信实验表明,水声发射系统在不同参数条件下均能保证编码信息的准确性以及传输信息的可靠性,具有一定的实用性。     

水声传感阵列指向性与系统传输性能研究

针对浅海水声通信中水汽界面和海底的反射产生多途效应对信号传输的影响,依据水下声传输原理,分析了水声信道中的噪声特点和产生多途效应机理,研究水声信道中声传感器指向性与传输性能关系,探讨水声传感阵列方式在水下通信环境的优势,设计合理的阵元间连接形式、阵列驱动电路和阻抗匹配电路,保证有效的功率耦合效率。经水下试验测试表明:采用一定指向性的声阵列结构,利用单个阵元波束宽度小于10°,构成阵列结构的波束宽度小于30°,并进行一定阻抗匹配,可减小能量损失,有效提高水声通信系统性能。     

OFDM水声通信信道估计技术研究

水声信道是一种极其复杂多变的时—空—频变信道,其信道窄、强多径干扰、信号起伏衰落严重,一直是水下信息可靠高速传输的主要障碍。正交频分复用(OFDM)是近年来数字通信中流行的一种并行传输新技术,其核心思想是将整个可用频带分割成多个正交子信道,将待传输的高速串行码流并行地调制在这些子信道载波上。主要研究利用三种不同的导频图案对OFDM水声通信信道进行估计,并通过仿真的方式来分析不同导频图案下信道估计的性能。     

基于概率的水下传感器网络CDMA编码分配算法

水下传感器网络采用声波进行通信,具有高时延、低带宽、高误码率等特点,使得适用于无线电信道的MAC协议无法直接应用于水声信道,给水下传感器网络协议的设计带来了很大的挑战．因此,我们提出了一种可以较高概率避免扩频码冲突的分布式的基于概率的水下传感器网络CDMA编码动态分配算法．该算法不需要精确的时间同步,并且能够动态适应水下传感器网络拓扑结构的变化,适用于基于发送端的编码分配和基于接收端的编码分配．仿真实验表明,与传统的编码分配方式相比,我们的算法突出了节点的个性化,进一步降低了冲突的风险．     

水下视频图像高效编码算法

提出了一种水下视频图像高效压缩编码的算法。该算法主要由水下图像预处理、全局运动估计、全局运动与局部运动混合补偿三部分组成。图像预处理模块采用基于小波变换的方法,可以有效去除水下图像中的视觉冗余;全局运动估计采用基于特征点的快速、鲁棒估计算法;提出的全局运动与局部运动混合补偿方案简单易行。实验结果表明,提出的水下视频压缩算法在保证视觉质量的前提下,具有较高的压缩效率,特别适合于海底视频图像在甚低比特率下的压缩传输,以满足有限带宽水声信道的要求。     

基于NS2的水声通信信道的扩展与仿真

研究水下信道通信优化问题,由于水下传感器网络在海洋数据采集有广泛的应用。水声信道具有高延迟、低带宽等复杂特点,影响信道通信质量。传统信道模型对网络仿真的效果比较差。为解决上述问题,对水声信道进行了建模,考虑了实际环境中各类噪声以及水温、盐度等因素对声信号传播的影响,并结合NS2进行了水声通信信道的扩展,最后在水声通信信道的基础上建立了一个多节点环境,对水声信道模型与实际水下环境的相似程度采用上述模型进行了仿真。仿真结果验证了信道模型的合理性,并反映出了水下环境中网络通信效果良好。     

水声系统中的优化均衡技术研究

针对水声通信系统传输频率低、速率慢、带宽受限且多径干扰严重等问题,设计一种水声系统优化均衡技术.将LDPC码、直接序列扩频和DQPSK技术相结合,采用LDPC-DQPSK软判决译码方案克服传统硬判决误码率高的缺陷,并依据水声信道的特点,研究LMS算法和RLS算法在不同方案下的系统误码率性能.实验结果证明,该技术能够在较低的信噪比条件下改善系统误码率,节省传输带宽.     

用MATLAB实现OFDM技术的仿真

正交频分复用（OFDM）是一种多载波宽带数字调制技术。相比一般的数字通信系统。它具有频带利用率高和抗多径干扰能力强等优点，因而适合于高速率的无线通信系统。文章详细分析了OFDM技术的实现原理，用MATLAB软件对OFDM的传输性能进行了仿真模拟并对结果进行了分析。     

APSK调制在基于OFDM可见光通信系统中的性能分析

在基于正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)的可见光通信(Visible light communication, VLC)系统中,发光二极管(Light emitting diode,LED)的非线性特性是影响系统性能的一个重要因素。为了减小LED非线性的影响,将幅度-相移联合键控(Amplitude-phase shift keying, APSK)调制与OFDM技术相结合的传输方式引入可见光通信系统中。本文介绍了APSK调制的原理及其在基于OFDM调制的可见光通信系统中的应用,建立了基于APSK-OFDM调制的可见光通信系统模型,并与常用的基于正交幅度调制（Quadrature amplitude modulation, QAM）的OFDM系统性能进行了对比。仿真结果表明,在OFDM系统中,如果信道是理想的,QAM调制的性能要比APSK调制的性能好;但当考虑到LED的非线性特性时,后者的性能要明显优于前者。     

多径瑞利衰落信道下OFDM系统仿真

正交频分复用(OFDM)技术是下一代移动通信的核心技术之一.重点研究了多径瑞利衰落信道下最大多径时延对基于OFDM技术的通信系统性能的影响.根据OFDM基本原理构建了一个OFDM无线通信基带系统仿真模型,信道带宽为15MHz.调制方式为16-QAM,编码方式采用码率为1/2的卷积,模型采用了60个子载波,并插入了循环前缀.分析了系统抗多径干扰的性能,比较了不同信道下系统的误码率,以及不同的保护间隔长度下系统的误码率.表明在瑞利衰落信道下OFDM技术具有良好的抗多径干扰的性能.     

水声跳频信号源的硬件平台技术研究

构建了一种基于单片机89C52和DDS芯片AD9831产生水声跳频通信信号的硬件平台。研究了水声跳频图案与混沌跳频序列的特点、跳频通信的数据帧结构,并将跳频编码与FSK调制算法付诸于硬件平台中实现,发射的跳频信号可以控制接收装置的工作状态,外场水库的水声通信试验结果验证了硬件方案的可行性。     

ARC-FSK中程多载波水声通信新技术

海洋水声信道是一种极其复杂多变的时-空-频变参信道。信道通带窄、多途干扰强、衰落严重足水声通信高速可靠传输信息的主要障碍。该文针对中程（10～30km）多载波水声通信系统提出一种非对称升余弦频移键控调制（ARC—FSK）信号。该信号在频率调制的基础上，结合了非对称信号的稳健抗多途特性与相位调制（CPM）信号的高频谱效率，实现了最佳系统性能。理论分析及仿真结果表明：该ARC—FSK信号多释抑制有效，性能稳健，更适合于恶劣水声信道，在中程（10-30km）水下多载波（MC）高速通信中具有良好的应用前景。     

基于OFDM的中程水声通信系统分析

正交频分复用（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。但是目前的相关研究多集中在几百米到几千米的近程水声通信，随着传输距离的增加，信道条件恶劣，多径、多普勒频移影响加剧，需要设计相适应的OFDM系统并采取有效手段改善系统性能。综合分析了10公里距离水声通信的影响因素，设计出相应的OFDM系统和合理的系统参数，并仿真了该系统对信道、多普勒影响的校正。结果表明，该系统在10公里水声通信中性能可靠，可应用于实际环境。     

OFDM中程水声通信系统仿真及实验

正交频分复用（OFDM）技术具有抗多释、频带利用充分、传输数据率高的优点,存水声通信中具有重要的发展前景。但是目前的相关研究多集中在几百米到几千米的近程水声通信,随着传输距离的增加,信道条件恶劣,多径、多普勒频移影响加剧,需要设计相应的OFDM系统并采取有效手段改善系统性能。该文综合分析了10公里距离水声通信的影响因素,设计出相应OFDM系统和合理系统参数,仿真了系统对信道、多普勒影响的校正,并给出湖试结果。分析表明该系统性能可靠,传输数据率高。     

二维内插的OFDM导频信道估计的研究

正交频分复用(OFDM)是一种多载波传输和调制技术,其主要特点是频带利用率高、抗多径干扰能力强,目前已成为无线通信高速数据传输的主要技术。介绍了OFDM系统的工作原理和二维信道估计技术,着重研究基于二维内插方式和二维变换域方式的PSAM信道估计技术,针对导频特点提出变换域插值一种改进的方法并与线性差值、样条差值进行对比。采用Simulink构建系统基带仿真并验证Rayleigh信道下各种二维插值方法的BER性能,结果表明该改进方法可行且具有良好的性能。     

载波频率偏移对OFDM的影响及仿真分析

随着现代通信技术的发展,特别是无线通信业务的增长,可利用的频带日趋紧张.因此,采用新的高效抗干扰调制技术、提高频带的利用率一直为人们所关心,OFDM技术的出现则为这些问题的解决开辟了一条新的路径.然而,由于OFDM系统的敏感性,载波频率偏移会对传输系统产生较大的影响.为了定量地分析载波频率偏移对于OFDM系统的影响,论文建立了OFDM系统的模型,分析了其优缺点,并在此基础上,利用改进的IDFT和DFT的方法,取子信道数目不同时,对载波频率偏移造成的影响进行了仿真,仿真结果说明了频率偏差对接收端信噪比的影响:OFDM系统对于载波频率偏移非常敏感.