一种稳健的水声MIMO通信系统调制技术

作为一种极具潜力的高速水下通信技术,基于VBLAST（贝尔实验室垂直分层空时）编码调制的水声MIMO通信技术,借助于空间复用,可在不增加系统带宽的条件下成倍提高数据传输速率。但由于同时受到同频干扰及多径干扰的影响,当信道多径扩展严重时,基于VBLAST调制的水声MIMO通信系统性能下降严重。为此,提出一种新的调制技术,该技术通过将各层信号调制到彼此正交的子载波上,可完全消除同频干扰,从而有效改善系统误码性能,显著提高系统的稳健性。仿真结果证明了所提调制技术的良好性能。     

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。     

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。     

FSO中分层空时编码的串行干扰消除算法

自由空间光通信(FSO)中的分层空时编码(LST),能极大地提高系统的传榆速率,但误码率较大,严重影响光通信系统的可靠性.在分析了光强起伏的特性之后,建立了湍流信道中多输入多输出(MIMO)信道的模型;提出了采用串行干扰消除算法来完成FSO中分层空时编码译码的方法,并和线性译码算法的性能进行了对比.最后,利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性.结果表明:在FSO中,采用串行干扰消除译码算法时的误码性能明显优于线性译码算法的误码性能.     

码率嵌入式高码率差分空时编码

为了提高传输码率,将具有高码率的全分集全码率(FDFR)空时码嵌入到低码率的传统差分空时编码中,提出了一种码率嵌入式的差分空时编码方法,该编码方案具有编码增益高,误码性能好等优点.仿真结果表明,与传统的差分空时编码方案(酉差分空时编码和差分空时分组编码)相比,新编码方法具有很好的误码性能,特别是在高传输码率和接收天线较多情况下,其误码性能优势越明显.     

基于循环延迟分集的差分空时频编码方案

结合正交空时码的分集优势,将正交空时码应用到差分空频系统中,提出了一种基于循环延迟分集的多流差分空时频编码新方法,在差分系统中同时获得了空间和频率分集.该差分编码方法在满足信道的时间和频率选择性前提下,只需要发送很少的参考矩阵用于非相干检测.仿真结果表明,正交空时码的引入,可以有效提高整个系统的分集增益,从而在很大程度上改善整个差分MIMO-OFDM系统的误码性能.     

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。     

基于空时块编码和正交脉冲的MIMO系统性能研究

为了有效利用脉冲无线电(IR)的短距离、高数据速率以及多输入多输出(MIMO)通信系统的更大容量,提出了一种基于空时块编码(STBC)和正交脉冲的MIMO超宽带(UWB)通信系统。具体实现是通过对标准单输入单输出(SISO)脉冲无线电系统的直接序列超宽带作为多址(MA)技术的IR-MA信号模型以及信道模型、收发器结构和检测方法的分析,提出了一种把空时块编码和正交脉冲相结合的新方法,并采用FS-rake相干接收(CR)和非相干接收(NCR)技术及IEEE UWB信道模型对其获得的空间分集和编码性能进行了研究,从而得到可以相对较好地描述高信噪比时的性能变化趋势的理论上限值。仿真结果表明,这种STBC-IR方案相比于传统的单链路-脉冲无线电(SL-IR)方案,可获得更好的空间分集和编码增益,可用于增加传输距离和减少rake接收机的复杂性,而且在UWB通信中,STBC-IR方案还能很好地消除定时抖动的影响。     

大气激光通信中的级联空时分组码

空时分组码虽然获得了满分集增益,但因不能提供编码增益而使系统性能受到限制.首先介绍了光MIMO系统的信道模型;其次针对Q-PPM(Q>2)调制方式,完成了对已有空时分组码的改进,并和RS码相级联而提出了一种级联空时分组编码方案.在此基础上分析了该方法的误码性能.最后,利用仿真实验进一步验证了该方法的可行性,并和级联重复码的性能进行了对比.结果表明:在大气激光通信中,随着信噪比的增加,级联空时分组码获得了较高的编码增益,有效抵御了大气湍流效应.     

酉变换准正交空时编码

设计了一种采用预编码方式的准正交空时编码(quasi-orthogonal space time code, QOSTC),其编码方案是首先对发送信号向量进行与信道状态信息无关的酉变换,然后再进行正交编码.酉变换可将QOSTC信道能转化为并行复用传输信道,实现无符号间干扰的高速率并行传输,且接双端信号的最大似然(maximum likelihood,ML)符号译码可简化成线性译码,从而可采用简单的线性检测降低译码复杂度.仿真结果表明,在高信噪比下,酉变换的QOSTC线性检测比没有酉变换的QOSTC的ML检测差2dB左右,但其分集度几乎相同.     

用于水下单光子视频通信的联合编码研究

为了实现有效与可靠的视频传输,针对水下单光子通信系统,提出了一种基于字典学习和LT码级联LDPC码的视频联合编码方案。通过字典学习稀疏编码,极大地压缩了视频数据量。根据水下单光子信道存在的删除特性,利用LT码级联LDPC码的信道级联编码方法,同时克服了LT码译码开销过大的缺点。由于LT码存在译码失败概率的问题,提出了译码成功双反馈机制。实验结果表明,当信道误码率处于10-2数量级、视频压缩率为75.6%时,可以实现平均峰值信噪比(PSNR)为37.4921 dB重建视频帧。     

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。     

一种低能耗的水声通信编码方案的研究

研究了一种用多个不同频率的CW窄脉冲与帧同步脉冲的时延差携带信息的水声通信技术。该技术利用多个不同频率的CW矩形窄脉冲与帧同步CW矩形窄脉冲之间的时延值进行信息编码,在接收端采用时延估计和频率检测技术进行解码,从而使码元间距成为可携带信息的有用资源,将码元间距扩展到足够宽,既可有效地克服水声信号的多途影响、提高频带利用率,又可大大减少码元脉冲数量,达到节省能量并提高通信可靠性的目的。仿真结果表明,该水声通信编码体制数据传输速率适中,编码和解码简易,系统稳健。     

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。     

空间相关性对水声多输入多输出系统信道容量的影响

通过三维多径相关模型,以垂直收发阵为例研究了信道参数如声线角度扩展范围、到达方向和收发阵元间距对水声MIMO信道容量的影响。如果考虑静止的收发阵,且不考虑信道中散射体的运动时,MIMO系统的信道容量由收发阵元信号的空间相关性决定,当空间相关性较小时,增加收发阵元数可以带来较大的信道容量增益,而当空间相关性较大时,随着收发阵元数的增加信道容量将趋于饱和。     

ELF通信信道编码及调制方案的研究

围绕ELF通信中如何选择合适的信道编码及调制解调方式进行了初步的探讨。比较了在高斯白噪声条件下各种调制方式的性能，对信道编码方式进行了分析．最后采用级联编码技术和MSK调制方式，并进行了仿真，所得结论与理论分析相一致，说明了该方案的可行性．