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。     

基于残余自干扰获取的带内全双工水声通信系统结构方案与仿真

强自干扰抵消是带内全双工(In-Band Full-Duplex,IBFD)水声通信系统工程实现中的最大挑战。 近端接收端需结合模拟域及数字域进行联合干扰抵消才可将干扰强度降低至可接受水平。提出一种基于残余干扰获取的带内全双工水声通信系统结构设计方案,其特征为具备主、辅双采集链路,通过辅助采集链路实现对干扰信号的获取,并利用辅助采集链路与消干扰信号在数字域上的抵消结果作为主采集链路数字域上的线性滤波器的输入参考信号,以实现对残余干扰的抵消。该系统结构方案与现有系统结构方案相比,在有效克服功率放大器非线性影响的同时,可降低模拟域及数字域干扰抵消系统结构复杂度;仿真数据处理结果表明,该方案可实现公里级带内全双工水声通信。     

带内全双工水声通信自干扰成分及信道特性分析

在传统以半双工体制为主的水声通信系统中,常将通信信号传播信道假设为稀疏信道以便于后续处理。但通过目前的实测结果来看,在以单独设备的形式进行带内全双工水声通信实现时,由于发射换能器到近端接收端这一短程传播过程受到通信机电子舱的影响,造成了自干扰成分与信道的复杂性。为了进一步了解壳体材料对自干扰强度、传播路径复杂度的影响,以及不同接收端布置下接收到的自干扰信号成分差异,拟基于有限元法对2种壳体材料及不同近端接收端位置处的环路自干扰信号进行仿真,并通过辅助仿真验证各接收位置处接收到的自干扰信号最主要成分,对自干扰信道特征进行分析,为后续自干扰抑制及各域干扰抵消提供初步的理论支持与依据。     

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。     

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。     

OFDM水声通信系统的同步技术研究

OFDM传输技术能够克服水声信道中的多径传播并获得高的频谱效率,不需要复杂的自适应均衡器,但其对同步误差非常敏感.在分析OFDM同步误差原理的基础上,设计实现了一个宽带OFDM水声通信接收机,并着重讨论了接收机中基于训练数据的定时和频率同步方法,以及多普勒频偏的估计和补偿算法.水下实验证明了方案的有效性.     

基于带乘性噪声模型的水声通信字符估计算法研究

水声信道多途效应明显,而且存在衰落、散射、损耗以及随机时变等特性,使得水声通信系统的接收信号存在严重的码间干扰.利用带乘性噪声系统模型来刻画随机信道,在建模基础上利用最优滤波递推算法实现状态估计.由于状态向量中的第一维与接收信号之间存在一一对应关系,进而可实现水声信号的估计.该算法在最小方差意义下是最优的,能有效克服码间干扰和噪声污染.2种信道的仿真结果表明,在信噪比(SNR)为18db时,误码率(BER)均已经降低到10-4数量级,验证了算法的有效性.     

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。     

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。     

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。     

水下光通信技术的研究与展望

水下光通信（Underwater Optical Wireless Communication,UOWC）是一种新型的水下通信技术,具有保密性好、可靠性高等优点,对于构建全光立体通信网络以及6G空天海地一体化全方位通信有重要的意义。分析了水下光通信相较于其他传统水下通信方式的优点,对水下光通信发展历程与进展进行了综述,对比了水下光通信2种主流光源：激光光源和LED光源。针对现阶段水下光通信面临的难题,提出了一种完善的水下光通信系统框图,并研制出相应的硬件系统,完成了水下通信调试。水下光通信是一种切实可行的新型通信方式,兼具灵活、保密、高速率等特点,在未来的6G时代中将会得到进一步的发展和应用。     

基于扩频通信的深海水声定位技术研究

深海空间站在母船伴随保障时面对恶劣天气存在安全风险及水下多平台作业低效的问题,传统的单一的保障船模式仅依靠超短基线等水下定位方法,水下平台定位速度慢、误差大、相互感知协作困难,已无法满足要求.提出了一种基于通信信标的深海水声定位方法,采用宽带扩频通信进行时延估计,然后利用已建立的等效声速表查找等效声速,完成声线修正,从...     

声诱饵反鱼雷水声对抗发展现状及趋势

鱼雷作为水下最重要的进攻武器之一,可针对水下及水面目标发起非对称隐蔽攻击。随着近几十年电子技术的发展,鱼雷更加智能化,杀伤力更大。因此反鱼雷任务成为现代海战中一项重要的课题。主要介绍了国外近年装备的鱼雷型号,并对国外鱼雷对抗用声诱饵作了介绍,最后对声诱饵的未来发展趋势做了展望,为今后我国发展声诱饵技术提供参考。     

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。