基于Visual C和PC的软件水声调制解调系统

介绍了一种DS/DBPSK调制解调技术方案,该方案采用了具有较强抗干扰、抗衰落和抗多径性能的扩频技术,并结合与信道适应性较好、不需载波恢复的差分相位调制技术,对浅海水声信道造成的干扰进行抑制.在此方法上,基于Visual C(VC)及PC平台设计了一个通用性好的软件水声调制解调系统,利用双缓冲邋和多线程技术机制实现算法实时处理,同时可通过串口通信提供上层应用接口.实验系统验证了扩频和差分调制技术在浅海水声通信中的性能,为水声组网提供了底层支持.海试实验结果表明了系统的有效性.     

一种基于正交频分复用的高速水声通信技术的研究

OFDM(正交频分复用)是一种适合于在多径衰落和受限带宽信道中进行高速传输的技术。论文把OFDM技术应用于高速水声通信中,设计了一套基于OFDM的高速水声通信系统,阐述了OFDM水声通信系统中同步和信道估计的方法。海上试验证明了系统的有效性。     

OTFS水声通信技术研究现状与展望

正交时频空调制是近年来提出的一种用于高速移动无线通信场景的调制技术,通过将时变多径信道转换到时延–多普勒域,使得所有符号都经历几乎相同且变化缓慢的稀疏信道。与正交频分复用系统相比, 正交时频空技术具有较低的峰均功率比,且能够有效抵抗多普勒效应,在高时延、高多普勒的信道条件下具备性能优势。简要介绍了正交时频空技术的基本原理,以及目前无线电及水声通信领域正交时频空技术研究与应用现状,梳理了正交时频空技术在工程应用中亟待解决的关键问题,如波形设计、信道估计和均衡以及接收机结构设计等。最后对正交时频空技术在水声通信系统中面临的挑战和应用前景进行了分析和展望。     

一种针对深海远程信道的M元扩频接收算法

深海远程水声信道具有多径时延长、信道非最小相位等特点,当扩频增益不足以抑制多径干扰时,信道均衡是必要的。将双向判决反馈均衡技术应用于 M 元扩频水声通信系统,减小判决反馈均衡错误传播概率,提高常规符号判决反馈均衡器输出信噪比。通过正交 M 元扩频解扩结果比较正向和反向信道特性, 调整分集合并权重因子。和等增益合并正反向均衡输出结果的传统双向判决反馈均衡方法相比,该算法可进一步提高接收处理增益。通过仿真深海远程水声信道获得的试验结果证实了算法的有效性。     

时变水声信道中基于BEM的迭代信道估计技术

水声信道的多径时延扩展和时变特性对信道估计和均衡技术的研究带来了很大的挑战,同时也决定了水声信道是一种时频双扩展信道,提出一种水声OFDM通信系统中基于软信息的迭代信道估计技术,利用基于复指数基扩展模型(CE-BEM)进行信道估计。OFDM系统本身可以消除由于多径引起的符号间干扰(ISI)。基于导频的BEM信道估计,可以实现对时变信道的估计,结合基于软信息迭代的迭代均衡模块,将每次迭代生成的符号软判决信息作为辅助导频用于信道估计。同时,为了防止由于信道时变引起的信道子载波间干扰(ICI)对导频符号的影响,采用基于保护间隔的导频插入法插入导频。仿真结果显示基于BEM的软信息迭代信道估计性能较非迭代信道估计时明显提升。     

近海海洋环境对水声网络性能影响试验评估

水声网络已成为海洋信息获取、传输和感知的关键技术,并得到广泛研究。目前的水声通信研究主要集中于考虑时延、多径等水声信道影响因素。当海洋环境发生变化时,水声信道中的时延、多径的特性也会相应发生变化,从而影响水声通信系统的性能。然而,对于复杂海洋环境现象与水声网络性能的直接关联性的研究还较为有限。基于厦门海域进行的水声网络实验,从平均端到端时延、丢包率等网络性能指标评估风、浪、潮汐等典型近海海洋环境因素对水声网络性能的影响,并基于试验结果对海洋环境与水声网络性能进行关联性分析,实验结果表明：水声通信网络的时延受到温度、风速和潮位变化的影响,存在一定程度的关联性。评估分析结论可为复杂近海海洋环境下水声通信网络的设计和应用提供参考。     

面向长时水声通信数据采集与评估的浮标设计与实现

复杂海洋环境导致水声信道呈现随机时-空-频变特性,特别是浅海信道受界面、人为干扰的严重影响,对水声通信造成极大困难。近年来人工智能领域机器学习等技术飞速发展,为提高复杂环境下水声通信可靠性提供了新思路。但是,由于水声信道复杂多变、缺乏普适模型,从机器学习角度而言水声通信数据样本严重不足,传统单次、短时水声通信实验采集的数据无法充分表征水声信道空间、时间特性。通过长期部署水声通信及信号采集设备,可望在一定程度上丰富通信数据,为典型海域下人工智能水声通信研究提供数据支持。 设计并实现了一种浅海水声通信浮标,搭载水声通信系统可实现长时浅海水声通信数据采集、性能评估,同时依托北斗系统具备远程状态显示、功能控制功能。厦门港海域实验表明,依托浮标采集的长时水声通信数据可开展水声通信性能评估、信道特性与通信性能关联度分析,为下一步工作打下了良好的基础。     

水声信道中一种抗多途跳频通信的研究

水声通道系统是当代海洋开发和海洋环境立体监测中的重要技术组成部分，广泛应用于海洋监测、海洋资源勘探和开发等方面。然而，水声信道的随机起伏、时－空－频变的多途特征使水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一。本文介绍近年来在高速水声通信方面的一些研究进展，讨论了一种利用高速数字信号处理器（DSP）实现水声信道跳频通信的方案，并探讨了该方案在调制信号设计及信号处理实现上所采用的关键技术。     

带内全双工水声通信技术研究现状与展望

近年来,水声通信技术已经被广泛应用于海洋环境观测等方面,但可预见的,在未来发展趋势下,以半双工体制为主的水声通信网络,将会无法满足日益增长的水下信息交互需求。带内全双工水声通信技术可以在相同的通频带内,同时发射和接收通信信号,理论上可将现有的频谱效率提高 1 倍,在水声信道可用频谱资源严重受限、水下信息交互需求激增的背景下具有极高的研究意义与应用价值。因此,带内全双工水声通信技术已逐渐成为了目前水声通信领域的研究热点之一。简要介绍了目前无线电及水声通信背景下的带内全双工技术研究现状,对带内全双工水声通信面临的主要挑战进行了论述,并结合目前现有研究成果与实际工程应用中的难点问题,提出了几种可行的研究方向。     

水声通信半物理仿真平台设计与应用

信道自身的复杂性和现场级试验的高投入、高风险限制了水声通信技术的发展。针对高效率水声通信技术研究的需求,提出1种水声通信半物理仿真平台水声通信半物理仿真平台(A Hardware-in-Loop Simulation Platform for Underwater Acoustic Communication)。水声通信半物理仿真平台以可配置水声Modem为核心,包括现场测试采集系统、算法仿真评估系统、算法实现装载系统、水声波形存储播放系统。基于建立的水声通信半物理仿真平台,进行水声直接序列扩频通信系统的半物理仿真研究,结果表明水声通信半物理仿真平台可有效提高水声通信技术的研究效率。     

基于声学宽带扩频信号的抗多径测距技术研究

为研究宽带扩频信号在复杂水声信道下的测距精度,提高水声定位系统的抗多径性能,以BELLHOP模型的多径干扰冲激响应作为水声信道环境基础,通过构造不同传播距离、海洋环境特征的多径水声信道,对宽带扩频编码进行同步相关测距仿真;提出一种基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,利用载波携带的宽带特征信息进行相关同步以提高理论测距精度。实验结果表明：在有直达声且不考虑声线弯曲条件下,浅海多径信道条件测距精度可达厘米级,中深水信道维持分米级测距精度,较基带同步方法的抗干扰性能有所提升,基于宽带扩频信号载波域同步的抗多径测距方法,能够为声学定位系统的高性能测距技术提供理论依据。     

一种针对小多普勒扩展水声信道的OFDM接收算法

在水声正交频分复用(OFDM)通信系统中,水声信道中的多径时延扩展会带来频域选择性衰落,多普勒效应会带来子载波间干扰(ICI)。传统接收算法需要开展复杂的二维(时延/多普勒)信道估计, 再进行复杂的信道均衡和符号检测。针对有限多普勒扩展的信道条件下多普勒矩阵元素变化缓慢、ICI 干扰范围有限的特点,借鉴多项式拟合思想,提出了一种创新的接收算法。该算法将多普勒矩阵元素近似为多项式函数,迭代进行多项式拟合和数据符号频域均衡。和传统方法相比,该算法无需进行信道多普勒估计,仅需信道的一维(时延)估计即可实现较好的性能。利用 Bellhop 产生的水声信道仿真结果验证了该算法的可行性。     

带内全双工水声通信空间域自干扰抵消方法

针对带内全双工水声通信的自干扰抵消技术,目前常通过模拟域或数字域自干扰抵消方法进行自干扰信号消除,但由于硬件设备问题,自干扰抵消性能存在上限。而空间域自干扰抵消常采用吸声障板或具有指向性的换能器完成,虽增加了自干扰抵消上限,但在工程应用中较为复杂,方法具有设备依赖性,且抵消能力有限。为进一步增加自干扰抵消上限并减少空间域自干扰抵消方法复杂度,基于阵列信号处理技术完成空间域自干扰抵消,并针对带内全双工水声通信中独有问题设计波束形成器,利用空域滤波抑制自干扰信号并增强期望信号,通过仿真及水池实验验证了本方法的实用性及抵消效果。     

一种水声组网定位一体化系统设计与实现

水声网络已在海洋信息立体化获取、传输、感知领域中得到广泛研究和应用，水声网络节点的位置是水声网络协议设计、多样化应用中常常需要的重要信息。依托全球定位系统定位、采用常规水声定位技术获取水声网络节点位置等解决方案存在着无法直接水下应用、多节点需多次定位效率低、需要精确时间同步等问题。提出一种水声组网定位一体化方案，该方案利用水声网络运行过程中网络节点互联互通进行的交互可以直接通过应答测距方式进行节点位置解算，从而实现在不影响网络通信的情况下，无需精确同步的通信定位一体化功能。给出了系统组网通信、测距、定位、误差校正等核心环节的设计过程，设计了一套小规模水声网络通信定位试验系统，并开展湖试试验。湖试试验结果初步表明了该系统组网、定位一体化的有效性。     

高速水声通信中正交频分复用技术试验研究

设计了基于正交频分复用的高速水声通信系统,并进行了湖上和海上试验研究。湖试中,在6 000 m距离下,传输速率达到7.6 kbps,误码率低于10-4;海试中,在12 km距离下,传输速率达到8.3 kbps,误码率低于10-3。试验结果表明,正交频分复用技术可以较好地克服码间干扰,有效地利用水声信道带宽,达到高速水声通信的目的。     

多特征联合水声通信信号调制识别方法

为解决水声信道下通信信号识别困难的问题,对水声 CW、LFM、2FSK、4FSK、BPSK、QPSK、DSSS-BPSK 和 OFDM 信号的调制识别技术进行了研究,旨在提出一种适用于这 8 种信号的调制识别方法。通过对信号的时频特征、二次方谱特征及自相关特征进行分析,并利用基于迁移学习的 ResNet 网络和线性支持向量机进行分类,最终得到了一种多特征联合水声通信信号调制识别方法。仿真表明:在千岛湖多径信道下,信噪比大于 9 dB 时,所研究 8 种信号的识别率均在 99%以上 ;最后,通过海试进一步验证了该方法的可行性,海试数据识别率均在 93%以上。仿真及海试验证的结果表明,所提的方法是适用于水声信道的     

一个水声扩频通信系统设计与实现

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。低功耗、远距离、高隐蔽性、低信噪比检测、高可靠性的数据传输是水声通信的一个发展方向。设计并实现了一个水声扩频通信系统,有效地解决了以上问题,并采用快速相关算法,代替传统的矢量与矩阵相乘运算,极大地减少了程序的运行量,从而实时地处理接收信号。通过湖试和海试,验证了此通信系统的优良性能。     

时变多径水声信道的仿真研究

本文针对浅海水声信道的时变特性，基于射线理论引入海洋参数——强度起伏参数Φ、不均匀度参数A，建立有效的时变多径信道模型，并采用Matlab工具进行仿真．仿真结果表明，该模型相比于确定性模型更容易理解、更真实．文中给出的模型和结论能够为实际通信系统中发射接收机深度等的选择和设计提供一定的参考和依据，有助于对水声信道的了解．     

多模式自适应水下无线通信网络框架研究

对当前典型的水下无线通信网进行分析,针对水声、光、射频3种通信模式在水下无线通信中的优缺点,提出基于软件无线电技术的多模式自适应水下无线通信网络的概念及其框架结构,并对其中的自适应调制解调方式展开研究.结合MAC层协议,提出一种跨层的自适应调制解调解决方案,即通过收发双方的握手信息携带当前信道状态,由发射方根据握手信息,判断双方通信距离,预计信道未来状态,结合需要传输的数据量,自适应选择合适的通信模式和调制方式,并利用握手信号通知接收方,从而实现在通信网络范围内数据或指令的快速可靠传输.     

水声信道高速率数据传输技术

本文介绍近年来水声信道高速率数所传输技术的一些研究进展，并结合本所研究的水声数据遥测，数字语音通讯和视频图像传输实验样机，讨论了具有抗多途干扰的声传输系统在调制信号设计及信号处理上所采用的关键技术。