高速水声通信系统仿真研究

水声信道是较复杂的数据通信环境。本文设计了3种高速水声通信的系统结构,并通过系统的、全面的仿真比较了他们的性能。建立了包括时变衰落、多途和加性干扰的水声信道模型。3种方案都采用相位相干的QPSK调制技术,接收端采用空时联合的自适应均衡(内置DPLL)接收;前向纠错编码译码器分别采用3种方案:卷积码,串行级联码(卷积码+RS码),并行级联卷积码(Turbo码)。通过仿真研究了不同数目水声接收机的接收分集下的系统性能,研究了3种编码方案下的系统性能。     

基于低密度奇偶校验码的MPPM比特符号映射及系统性能研究

建立了基于低密度奇偶校验(LDPC)码和多脉冲位置调制(MPPM)的无线光通信系统模型,给出了相应系统模型下的解码算法,研究了(m,2)MPPM的比特符号映射方式,提出了用改进的遗传算法(GA)搜索的优化映射方法,最后在大气湍流信道下进行了仿真。仿真结果表明基于LDPC码和MPPM的无线光通信系统性能明显优于未编码的MPPM系统,结合LDPC码和多光束发射技术可以提高系统抗强大气湍流影响的能力;通过GA优化的映射方法在不增加系统复杂性的情况下能进一步提高系统的纠错性能,可以获得更大的编码增益。     

基于RS编码及网格编码调制的光PPM通信纠错技术

分析了RS(Reed-Solomon)纠错码和网格编码调制（Trellis Coded Modulation,TCM）技术在光脉冲位置调制通信中的应用.在此基础上,提出了以RS码作为外码,以网格编码调制技术作为内码,用于光脉冲位置调制通信的新编码方案,能以几乎不减少通信速率的优势,提高传统RS码系统在时变带限光信道中的通信性能.模拟研究了在不同空间光信道条件下,传统RS码的符号正确传输率和误码率,并对网格编码调制的编码增益、RS码与网格编码调制级联时的编码增益进行了仿真研究,证实了本方案的有效性.     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明:LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

雾对大气激光通信系统的影响及克服方法

分析了雾产生的原因、相关数学模型及其对大气激光通信系统的影响.为了克服雾对无线光通信链路的影响,将LDPC码作为信道编码应用到大气激光通信系统中,并结合置信传播迭代译码算法和副载波PSK强度调制方案,在有雾的大气信道中进行了仿真.仿真结果表明：LDPC码具有优越的纠错能力,并获得了较大的编码增益,该方案可以满足大气激光通信系统的需要.     

低密度奇偶校验码的性能分析与水下通信验证

在ADSP-BF561上实现了低密度奇偶校验码的编码算法。为解决编码复杂度高的问题,将校验矩阵变换后存入数据空间。为节省存储空间,采用压缩算法,并提出相应的编码算法,没有增加复杂度。对不同码率的低密度奇偶校验码在不同信道中的性能进行仿真分析。将不同码率的低密度奇偶校验码应用于水声通信系统进行浅海试验,结果表明低密度奇偶校验码能提高通信系统的鲁棒性,码率越低性能越好。当解码前符号信噪比在7～8dB时,可达到近似无误码的通信性能。     

基于正交频分复用的水声自适应通信系统性能仿真研究

本文从平均谱效率的角度分析并讨论了基于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)技术的水声自适应通信系统的通信性能。在两种典型的水声统计信道假设下,根据信道状态信息的不同精确程度,针对不同的调制方式,对水声自适应通信系统的平均谱效率进行了理论推导,并给出了部分性能函数的解析形式,而后从多个角度给出了较为全面的数值仿真分析结果。仿真结果显示:当目标误码率为10-3时,水声自适应通信系统可以在相同发射功率下,显著地改善通信性能(约3 bit/s/Hz);在同样的目标误码率下,如果维持传输性能不变,自适应通信系统可以显著节省发射功率(约10 dB)。在信道状态信息不确知的情况下,当信道估计误差大于-15 dB,或多普勒补偿后信道的扩展因子大于0.03时,自适应系统的性能才会显著劣化。此外,在统计意义上,自适应通信方法对于系统性能的改善程度随通信距离的增加而增大。     

一种鲁棒性强的OFDM 水声通信系统*

为了在不同衰落水声信道下实现正交频分复用水声通信,该文提出了一种鲁棒性强的正交频分复用水声通信方案,方案包括编码调制、信道估计和多普勒估计等内容。为了使该系统更稳健,整个信道编码分为两个步骤。首先,循环冗余校验编码器和里德-所罗门编码器用于编码整个数据包,然后循环冗余校验编码器和Turbo 编码器用于编码每个数据帧,其中比特交织编码调制技术用来对抗信道的时变特性。为了得到水声信道估计,使用线性最小均方误差估计器来处理导频数据得到信道估计值。多普勒估计包括帧的多普勒估计和符号的多普勒估计。实验结果表明该系统在不同的衰落信道下都能实现正确的跟踪和译码,系统的鲁棒性能优越。此外,该系统算法计算简单,易于实现,具有良好的工程应用价值。     

基于扩频码的单载波迭代频域均衡水声通信

单载波时域均衡在长时延扩展水声信道中计算量大,并对接收机参数的选择较为敏感,可靠性低,而正交频分复用信号峰均功率比高、对频率偏移敏感. 针对这些问题,提出基于扩频码的单载波块传输高速率水声通信方法和基于T/4分数间隔迭代频域均衡的接收机算法. 该接收机利用已知扩频码进行信道估计以及对由多普勒偏移引起的旋转相位进行估计,并通过一种低复杂度迭代频域均衡算法改善系统性能. 开展了湖上实验研究,结果表明在浅水1.8 km距离且复杂多径干扰条件下,利用BPSK/QPSK调制可实现10^-2–10^-4的误码率并达到1500–3000 bit/s的有效数据率. 关键词： 水声通信 单载波 频域均衡 迭代处理     

非二进制低密度奇偶校验码在16QAM光传输系统中的性能

以16-相正交幅度调制(16QAM)为例,分析比较了伽罗华(GF(2 m))域上m=1,2,4时,3种低密度奇偶校验(LDPC)码在16QAM光传输系统中的性能.分析表明,无论在纠错性能还是译码效率方面,4进制LDPC码比16进制LDPC码具有更大优势.为进一步改善高阶调制光传输系统中非二进制低密度奇偶校验(NB-LDPC)码的性能,在16QAM系统下的4进制LDPC码中引入水印位符号.与传统的非二进制LDPC译码方案相比,水印位方案的平均迭代次数显著下降,即引入水印位可以极大地提高NB-LDPC码的译码效率.当误码率BER=10-5时水印位方案可以改善0.1dB的净编码增益.     

大气湍流光PPM通信系统中LDPC码的置信传播译码

对大气弱湍流光PPM通信系统中LDPC码的BP 解码算法进行了研究,提出了相应系统模型下的解码算法.通过理论分析和大量计算机仿真,结果表明:采用LDPC的大气弱湍流光PPM通信系统比未编码的大气弱湍流光PPM通信系统的性能好,但是系统的BER性能随着PPM的时隙数的增加而增大.     

点对点移动水声通信技术研究

点对点移动水声通信是实现由活动和静止节点共同构成的水声数据通信网的关键技术之一. 对移动水声通信声信道特性进行了分析,指出不同途径到达的声线对应的多普勒频偏不一致,进一步加大了多途扩展产生的码间干扰的复杂性,不利于水声通信. 提出单阵元被动式相位共轭镜信道均衡技术,可实时自动补偿多普勒频偏,并聚焦多途信号. 将单阵元被动式相位共轭应用于Pattern时延差编码移动水声通信系统,进行了移动水声通信试验,湖试结果验证了其消除码间干扰性能及本文水声通信系统的鲁棒性. 关键词： 移动水声通信 被动式相位共轭镜 时变信道 码间干扰     

基于蚁群算法的大气激光通信中低密度奇偶校验码的盲识别

针对传统线性分组码识别方法对码长较长的低密度奇偶校验(LDPC)码不适用的情况,利用蚁群算法对对偶空间进行优化搜索,完成了对LDPC码的识别。建立了大气激光通信信道模型和LDPC码的识别模型,给出了大气激光通信湍流信道下校验关系对数似然比函数表达式;将基本蚁群算法与LDPC码的识别问题结合,将对数似然比函数经过处理作为目标函数,通过不断迭代每次搜索过程中目标函数最优值和最佳搜索路径,实现对LDPC码的识别。仿真结果表明:当码长为256时,在弱湍流条件下,当信噪比不低于8dB时,识别率可达78%;在强湍流条件下,当信噪比不低于10dB时,识别率可达77%。此外,蚁群算法中的参数设置对算法性能有较大影响,应根据实际情况加以选择。     

Pattern时延差编码四信道水声通信技术研究

本文所研究的是基于Pattern时延差编码（PDS）体制下的水声通信技术.PDS水声编码体制利用Pattern码片出现在码元窗的时延差值进行时延编码,通过码元分割,有效的降低了水声信道的多途干扰;通过频率分割划分四个通信信道,增加通信速率至1000bit/s.在接收端利用带通滤波器来实现通信信道分割,每个信道再应用拷贝相关器实现码元分割并估计出时延差值,完成译码.仿真实验表明,该系统适合于大量不同水声信道高可靠性工作,为水声通信网络化打下坚实基础.     

基于Turbo码的无线光通信副载波误码性能分析

介绍了湍流信道条件下光强闪烁的对数正态分布模型,结合大气信道特点,在不同光强闪烁效应下,对比分析了几种未编码大气激光通信副载波系统的误码性能。采用Turbo码性能限分析了基于Turbo编码的无线光通信副载波调制系统误码性能,并对Turbo编码前后系统误比特性能进行了对比。仿真结果表明,二进制相移键控(BPSK)误码性能优于其它几种副载波调制,同时Turbo码技术在较强光强闪烁指数下能够获得较大的编码增益,可以有效地提高系统的抗干扰能力。     

采用时反和时频差分OFDM的水声语音通信方法

针对水声信道多径、时变、多普勒等恶劣传输特点对水声语音通信的严重影响,本文采用多通道时间反转和时频差分OFDM进行水声语音通信技术方案设计,该方法首先通过多通道时间反转进行时间域和空间域多径聚焦,进而结合时频差分OFDM调制解调抑制残留多径的影响。由于无需采用信道估计和均衡算法,系统实现方便、复杂度低,同时对信道具有一定程度的稳健性。该方法语音压缩编码采用混合激励线性预测编码。仿真实验和海试实验表明了本文方案的有效性。     

MFSK浅海远程通信多径抑制的频率分组编码方法

多频移键控调制技术（MFSK）对信道衰落有良好的适应性，是远程水声通信的重要技术。但是，用于浅海远程水声通信时，由于多径传播的影响，导致严重的码间干扰（ISI），使得远程微弱信号的频率估计产生较大偏差，误码率显著增加。本文针对远程水下信道和MFSK调制的特点，提出了一种新的频率分组编码（FGC）方法。该方法改变了传统MFSK的数据帧格式，相邻符号采用不同组的频率进行编码映射，有效抑制了多径干扰。在深入研究新方法统计特性的基础上进行了湖试验证，结果表明，采用FGC新方法的通信系统，多径抑制有效，性能稳健，更适合于80-100km水声远程通信。     

正交多载波M元循环移位键控扩频水声通信

针对水声扩频通信中频带利用率低的问题, 提出了一种M元扩频技术和循环移位键控(CSK)技术相结合的多载波调制方式, 将M元扩频后选择的扩频码同时采用CSK调制, 并调制在多个正交的载波上, 显著提高了频带利用率. 在水声多途信道下, 采用相同的通信速率和带宽, m序列、Kasami小集合序列和Gold序列为扩频码时, 比较了系统的误码性能. 仿真结果和实验结果均表明, m序列为扩频码时性能最优, Gold序列性能最差. 由于m序列数量有限, 为了进一步提高通信速率, 并使其他序列的性能接近m序列性能, 提出了一种复合序列抑制载波间干扰的算法, 该算法能够很好抑制多途干扰, 使复合序列性能接近m序列的性能. 关键词： M元扩频')" href="#">M元扩频 循环移位键控 正交多载波 载波间干扰     

低密度奇偶校验码在光通信中的性能

低密度奇偶校验码(LDPC)不仅有逼近香农限的良好性能, 而且译码复杂度较低, 结构灵活, 是近年信道编码领域的研究热点, 在光通信系统中有广泛的应用前景。针对非规则Tanner图上构造的低密度奇偶校验长码具有良好的性能, 以及其在光通信系统中的应用, 构造了几种LDPC码, 并采用置信传播(BP)译码, 在加性高期白噪声(AWGN)信道、二相移相键空(BPSK)调制下进行了计算机仿真。根据规则LDPC码和非规则LDPC码的误码率(BER)和FER曲线, 对规则码和非规则LDPC码在编译码方面以及性能方面作了分析和比较, 进而对构造在光通信系统中具有实用价值的LDPC码提出了看法。通过理论分析与仿真结果表明LDPC 码型具有良好的性能, 可以节省硬件开销, 比较适用于光通信系统中, 可作为超强前向纠错码型的候选码。     

多脉冲位置调制卫星光通信中时钟抖动对比特错误概率影响

多脉冲位置调制(MPPM)是基于脉冲位置调制(PPM)的改进形式,已成为卫星光通信中高效调制方式。针对存在背景辐射、大气湍流、热噪声的卫星光通信信道,研究了远场激光脉冲展宽机理和时钟抖动对系统的影响。提出基于格雷码的MPPM联合编码调制方式减小时钟抖动和码间干扰影响,应用星座图设计了基于格雷码(7,2)MPPM映射方法,在相同传输带宽下(7,2)MPPM的传输效率超过16PPM的2倍。分析泊松信道下基于格雷编码的(7,2)MPPM字符错误概率和比特错误概率(BEP)。结果表明,采用格雷编码MPPM可以有效抵御定时误差并降低系统比特错误概率。