高速水声通信中的相位补偿研究

利用相位补偿来解决高速水声通信中的载波恢复问题,并分析了联合相位补偿和信道均衡时的系统性能。研究结果表明：使用相位补偿后,均衡器可以有效地抵抗频率偏移造成的信道相位旋转,跟踪频率偏移能力提高了一个数量级以上。     

子波在水声信道多分辨率均衡方法中的应用

本文在确定了水声信道的数学描述后，提出了在信道自适应过程中，可以应用子波对信号进行多分辨率分解，逐尺度地对信道进行均衡，这样，不但减少了运算数据量，也减少了均衡所需的权系数个数，计算机仿真结果令人满意。     

水声扩谱通讯中的自适应多普勒补偿方法

本文介绍了一种水声扩谱通讯中，应用子波对多普勒效应进行补偿的方法。针对多普勒效应本身是否会随时间变化，分别应用直接估计、自适应估计的方法。其中自适应多普勒补偿方法同自适应信道均衡算法结合在一起，对多普勒漂移、信道参数进行联合估计。两种方法都应用了子波变换对多普勒展宽程度进行估计并用线性插值进行补偿。计算机仿真结果令人满意。     

水声数字通信系统的仿真

本文介绍了利用计算机仿真水声数字通信系统。介绍了数字通信系统的组成部分之后，重点介绍水声信道的仿真以及调制方法的选取，通过计算机的仿真提高了水声通信系统设计的有效性，对实际出海实验很有帮助。     

锁相检波在水声遥测信号检测中的应用

锁相检波技术采用模拟乘法器,对与本地载频信号频率一致的输入信号有强的检测能力.在分析典型的CW和FSK水声遥测信号特点的基础上,根据音频锁相检波器NE567的设计公式和应用要点,设计了锁相检波模块,用于多通道遥控测距装置,湖上和海上实验证明了应用的有效性.     

水声数据通信系统研究

提出一种基于并行传输体制的水声数据通信系统设计方案,发射端采用纠错能力很强的级联码和MFSK调制,分集技术采用抑制载波的双边带调制方式,接收端对接收信号利用快速频谱分析进行解调,并进行硬判决Viterbi译码和BM迭代译码。实验表明,该水声数据通信系统的传输波特率为200bits/s。误码率达到10^-5～10^-6以下。     

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。     

水声信道高速率数据传输的换能器研制

在复杂的水声信道中 ,实现高速率的数据传输 ,水声换能器的带宽是一个重要的技术问题。实验中 ,为了拓宽换能器的带宽 ,我们利用圆柱形压电换能器的径向振动与液腔振动相耦合原理研制自由溢流式换能器和利用纵向振动与前盖板弯曲振动相耦合原理研制纵向振动复合棒换能器。本文介绍适应于复杂的水声信道中 ,进行高速率数据传输的两种宽频带换能器的研制     

水下声传输数据通讯技术研究

本文介绍了水下声传输数据通讯的原理、功能作用及关键技术研究。     

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。     

一种适用于水声通信的Doppler估计算法

在水下声通信中,收发双方相对运动产生的Doppler效应会导致信号的伸缩,引起信噪比的降级,需要采用Doppler补偿措施。在补偿前需要得到Doppler估计。文中提出了一种利用DFT进行Doppler估计的有效算法,该算法通过估计频率偏移来计算Doppler率。仿真结果验证了该算法的有效性。     

深海RAP下的水声信道特性与通信技术研究

可靠声路径（Reliable Acoustic Path,RAP）是深海声传播的重要通道之一,其受界面影响较小,传播损失较低,可以传播到较远的距离,而且在临界深度以下,环境噪声较低;其次,可靠声路径有效避开了多途扩展现象,声线以结构稳定的直达声为主。在总结可靠声路径物理机理和声传播优势的基础上,对比分析了几种不同海洋参数条件下RAP声传播特性,然后采用射线模型仿真分析了RAP声信道内的接收声线结构,之后基于仿真的RAP信道进行了单载波通信性能的分析。仿真结果发现：在RAP声信道内,直达声能量高,传播损失低,声线结构稳定且多途扩展小,对环境变化不敏感,在35km左右的中远程距离内具有很高的信噪比;相同仿真条件下,RAP区域的误码率较同距离浅深度的接收低很多,而且RAP区域接收信号信噪比高出其他区域10 dB左右。该研究结果对于实现垂直方向上深海信息的跨域传输具有重要意义。     

异构滑翔器水声通信技术研究现状和发展趋势

水下滑翔器和波浪能滑翔器由于其低能耗、长航时、灵活机动的特点,被广泛应用于海洋观探测任务中。单一滑翔器无法满足海洋任务多样性、复杂性的需求,借助水声通信技术可将水下滑翔器和水面波浪能滑翔器的优势相结合,构成异构体滑翔器编队体系结构,建立跨介质信息传输链路,扩展滑翔器的作用范围和监测能力。简要介绍了水声通信技术的研究现状、常用算法及其优劣,综述了异构体滑翔器水声通信技术研究与应用国内外现状,探讨了异构体滑翔器水声通信技术难点和未来研究趋势。对异构体滑翔器水声通信和组网的研究与应用具有重要价值。     

MFSK水声通信接收系统中的幅度均衡设计

为了抗幅度随频率的衰减，提出了一种基于多频移频健控（MFSK）调制方式的水声通信接收系统中的幅度均衡技术，介绍了构成幅度均衡电路的基本原理以及在厦门港浅海域中的实验结果，实验结果表明，该技术能有效克服上系统中的信号民幅度随率的衰减问题。使接收到的图像清晰易读。     

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。     

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。     

MIMO Underwater Acoustic Communication in Shallow Water with Ice Cover

Although multiple-input multiple-output(MIMO) underwater acoustic(UWA) communication has been intensively investigated in the past years, existing works mainly focus on open-water environment. There is no work reporting MIMO acoustic communication in under-ice environment. This paper presents results from a recent MIMO acoustic communication experiment which was conducted in Bohai Gulf during winter. In this experiment, high frequency MIMO signals centered at 10 kHz were transmitted from a two-element source array to a four-element vertical receiving array at 1 km range. According to the received signal of different array elements, MIMO acoustic communication in under-ice environment suffers less effect from co-channel interference compared with that in open-water environment. In this paper, time reversal followed by a single channel decision feedback equalizer is used to process the experimental data. It is demonstrated that this simple receiver is capable of realizing robust performance using fewer hydrophones(i.e. 2) without the explicit use of complex co-channel interference cancelation algorithms, such as parallel interference cancelation or serial interference cancelation.     

Multicarrier Communication Over Underwater Acoustic Channels With Nonuniform Doppler Shifts

Underwater acoustic (UWA) channels are wideband in nature due to the small ratio of the carrier frequency to the signal bandwidth, which introduces frequency-dependent Doppler shifts. In this paper, we treat the channel as having a common Doppler scaling factor on all propagation paths, and propose a two-step approach to mitigating the Doppler effect: 1) nonuniform Doppler compensation via resampling that converts a “wideband” problem into a “narrowband” problem and 2) high-resolution uniform compensation of the residual Doppler. We focus on zero-padded orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) to minimize the transmission power. Null subcarriers are used to facilitate Doppler compensation, and pilot subcarriers are used for channel estimation. The receiver is based on block-by-block processing, and does not rely on channel dependence across OFDM blocks; thus, it is suitable for fast-varying UWA channels. The data from two shallow-water experiments near Woods Hole, MA, are used to demonstrate the receiver performance. Excellent performance results are obtained even when the transmitter and the receiver are moving at a relative speed of up to 10 kn, at which the Doppler shifts are greater than the OFDM subcarrier spacing. These results suggest that OFDM is a viable option for high-rate communications over wideband UWA channels with nonuniform Doppler shifts.      

水声通信网络的资源分配发展综述

随着陆地资源的枯竭,人类逐渐把目光转向了蓝色海洋。水声通信网络（Underwater Acoustic Communication Network,UACN）能够有效实现水下信息交互,是认识、开发、利用海洋的重要工具,并在推动“智慧海洋”建设中发挥着重要作用。但是,水下节点的发射功率、转发中继、通信信道等通信资源严重受限,这将无法满足UACN长期且有效作业的需求。资源分配技术能够在不提升网络硬件成本的情况下有效改善网络能量效率、抗干扰性等相关性能,在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,如何对有限的网络资源进行合理分配已成为UACN领域的研究热点之一。首先对UACN系统进行了简要介绍,然后研究分析了UACN资源分配技术及意义,并重点指出了其资源分配的发展现状、趋势和面临的挑战。     

水声通信及组网的现状和展望

水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。同时,水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣,对通信算法和设备可靠性有较高要求,水声通信及组网成为目前的研究热点。文中面向海洋环境监测领域,从水声通信物理层技术、网络技术及组网应用等方面进行介绍,并对未来技术趋势进行展望。