正交频分复用在水声通信中频率同步的研究

正交频分复用（OFDM）通信系统对频率偏移比较敏感，容易导致系统性能急剧下降。水声通信中存在着严重的多普勒频率偏移，限制了OFDM技术在水下的应用。本文仿真分析了频率偏移对OFDM系统的性能影响，提出了一种适用于水声通信的频率同步方法。本方法不仅可以对固定的频率偏移进行估计，也可以对连续变化的频率偏移进行估计。仿真表明，本方法具有较高的频偏估计精度和大的频偏估计范围。湖试结果也表明，采用这种方法可有效地进行频偏估计。     

一种正交频分复用系统抗水下时变多径信道的频率偏移估计方法

提出了一种水下正交频分复用(OFDM)系统鲁棒的频率偏移估计方法,即通信帧由一个训练帧和多个数据帧组成。其中克服大的多普勒频移,也就是粗频移估计(Rough Frequency Offset Estimation,RFOE),是通过训练帧来实现的,而克服时变的和小的多普勒频移,也就是精细多普勒频移估计(Accurate Frequency Offset Estimation,AFOE),是通过每一个数据帧实现的。RFOE和AFOE都是使用OFDM数据或循环前缀(Cyclic Prefix,CP)中没有被多径干扰的那部分数据计算得到的。在海试中,采用这种算法实现了通信速率与作用距离的乘积为133km·kbps的无误码通信,并比较了不同算法的试验结果,试验结果表明该算法能克服水下信道多径和时变的影响。      

可见光通信系统的符号定时偏移估计方法

同步模块作为正交频分复用(OFDM)系统中的关键模块,是数据解调和信道估计的基本前提。由于基于OFDM的可见光通信(VLC)系统对同步误差敏感,符号定时偏移(STO)估计的准确性直接影响系统性能。针对直流偏置光OFDM(DCO-OFDM)系统,提出了一种基于奇偶对称性的符号定时偏移估计方法。该方法通过设计具有奇偶对称结构的训练符号,使其能够产生理想的类脉冲定时度量,从而实现出色的符号定时估计精度。通过计算机仿真测量定时偏移估计的均方根误差(RMSE)、平均绝对误差(MAE)和误码率(BER),以评估所提方法的性能,并与两个基线方法(Park方法和Guerra方法)进行比较。仿真结果表明,这种新的符号定时同步方法在加性高斯白噪声(AWGN)信道和多径衰落信道上均优于上述方法,这验证了该方法在DCO-OFDM系统中的有效性。     

格林函数解卷积处理的阵不变量浅海无源定位

水下声源无源定位是声呐技术重要的研究方向.针对水下声源无源定位问题,本文提出了一种基于格林函数解卷积处理的阵不变量无源定位方法.该方法使用盲解卷积算法从水平阵接收信号中提取时域格林函数,然后采用空域解卷积方法处理得到的时域格林函数,获得波束时间偏移,从波束时间偏移中计算得到阵不变量,解算目标距离,从而实现声源定位.区别...     

基于频率调制恒定包络的ACO-OFDM系统PAPR抑制方法

为了抑制因LED的非线性特性所导致的可见光通信系统中正交频分复用信号(OFDM)的峰均功率比出现上升的问题,提出了一个频率调制恒定包络的OFDM技术。对来自源的串行输入比特序列进行并行转换,将其映射到正交调幅星座点;为了在电-光转换之前对OFDM信号进行频率调制,将OFDM信号中的突变幅度应用到LED以产生恒定包络信号;为保持LED处于其线性工作区域中,通过逐步增加功率回退的方式选择最佳偏置点,使LED进入非饱和状态。仿真结果表明,方法的系统总衰减明显降低,与其他类似方法相比,其功率回退系统的误差向量幅度和比特误码率表现更佳,系统整体性能改善明显。     

基于边界元法的气泡同波浪相互作用研究

为研究水下爆炸气泡同波浪的相互作用,本文引入数值与解析相结合的方法来考虑远场对气泡的影响,并解决了开域自由面在边界积分中的奇异性问题．然后通过将流场速度势分解为波浪入射势和气泡扰动势,研究了波浪对近自由面气泡的动态特性的影响,并对不同特征参数的波浪下水下爆炸气泡进行模拟,分析了波长和初始相位角对气泡动态特性的影响．通过对结果的分析发现：对于气泡自身形态,在收缩阶段波浪的存在会使气泡上半部分以及自。由面诱导射流产生偏移;而对与水冢形态,除了会产生偏移,水冢高度和宽度也会受到明显的影响．这种影响程度随初始相位角周期性变化,而在本文所研究的波长范围内,随波长的增加递减．     

水声正交频分复用系统载波偏移与脉冲干扰估计技术

载波频率偏移和脉冲干扰是水声通信系统中常见的干扰形式。为了提高系统的鲁棒性,消除这两种类型干扰的影响,提出利用空载波对载波频率偏移和脉冲干扰进行估计。空载波估计技术采用了分步优化和联合优化估计两种方法。分步优化估计首先利用重采样和空载波进行载波频率偏移估计,补偿后利用空载波对脉冲噪声进行消除。考虑到载波频率偏移和脉冲噪声估计时的相互影响特性,利用二者的联合估计得到优化解。仿真和水池实验结果表明,两种优化算法都取得了良好的效果;同时联合优化估计比分步优化估计得到更大的系统性能增益,在系统误比特率为10-2时,联合优化解得到了3dB左右的系统性能增益。通过对载波频率偏移和脉冲干扰的估计消除,大大提高了水声通信系统的鲁棒性。      

可见光通信中正交频分复用调制技术

可见光通信(VLC)由于可以弥补射频通信的不足而成为研究热点,正交频分复用(OFDM)技术因其高数据速率和抗频率选择性衰落被广泛应用在VLC中。本文从能量效率、频谱效率、误码率、计算复杂度等方面对可见光通信系统中OFDM调制技术进行研究和比较,主要包括基于离散傅立叶变换的单极性方案、改进或增强型方案和混合型方案,基于哈特莱变换的光OFDM,以及基于LED索引调制的光OFDM。文中介绍了多种光OFDM调制技术的工作原理综合对比了频谱效率等性能;研究了光OFDM系统接收机改进方案;总结了可见光OFDM系统存在的问题和未来研究方向。本文对可见光OFDM系统进行归纳和总结,为提出更加高效的单极化调制技术、进一步提高系统频谱效率及可靠性提供了参考。     

相干光FBMC/OQAM系统的信道和载波频率偏移联合估计及补偿方法研究

色散和激光器频率偏移能够对使用交错正交幅度调制格式的相干光滤波器组多载波(CO-FBMC/OQAM)系统产生严重影响。针对这个问题,重点研究了该系统的基于训练序列的信道和载波频率偏移联合估计及补偿方法。详细分析了CO-FBMC/OQAM系统的信道传输模型,对训练序列的结构进行了设计和优化,抑制了固有虚部干扰(IMI)的影响。为了消除信道噪声对估计过程的干扰,提出了基于不同帧之间频域平均的估计方法。该方法将实值导频的交叉关联函数在不同帧之间进行频域平均,取其相位后获得载波频率偏移估计值。信道响应也在不同帧之间进行频域平均后得到最终估计值。搭建了CO-FBMC/OQAM系统的数值仿真平台,并研究了激光器频率偏移不同时,经过1500km标准单模光纤传输后系统的误差幅度矢量和误码率。数值仿真结果表明:不管是在背靠背场景下,还是在1500km光纤传输后,该方法都能够抑制色散和激光器频率偏移的影响,有效提升系统的传输性能。     

正交多载波产生技术研究

相干且频率锁定的正交多载波光源产生技术在光通信领域有着诸多应用,能广泛用于微波光子学、全光信号处理以及波分复用(WDM)技术和正交频分复用(OFDM)技术.互联网数据业务的快速增长使得超宽带大容量骨干网传输技术越来越受到世界各国的重视,而要实现Tb/s超大容量传输,目前使用的最主要的方法是光的波分复用(WDM)或正交频分复用(OFDM)技术.作为实现光WDM或OFDM的一项关键技术,相干和频率锁定的正交多波长光源技术引起了国内外各大科研机构的强烈关注.介绍了国内外多载波技术的现状以及多载波产生的多种方案,并对每一个方案进行了对比分析,为未来的研究提供了一些参考.     

A Signal processing method of OFDM communication receiver based on CNN

Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) the signal processing is a key issue in wireless communication research. The multipath effect and Doppler shift of wireless communication channels can lead to distortion of the transmitted signal, which poses a considerable challenge to the information recovery of communication receivers. This paper presents the signal processing method of OFDM communication based on convolutional neural network (CNN). The method replaces all signal processing modules of the OFDM communication receiver with CNN, and the information is recovered by the CNN. In order to adapt to the processing of communication signals, we designed a one-dimensional convolutional neural network (1D-CONV-CNN) model as the neural network structures by this method. Simulation results indicate that the signal processing method effectively reduces the bit error rate (BER) and improves its performance compared with the conventional reception method under different channel conditions.     

海豚Whistles为信息载体的正交频分复用循环移位键控扩频伪装水声通信

提出一种伪装水声通信调制方法,将原始海豚whistles信号表示为以自身DFT系数为数据符号的正交频分复用(OFDM)块,采用m序列对OFDM块中的子载波幅度进行指数调制实现正交频分复用循环移位键控(OFDM-CSK)扩频调制,分别采用PEAQ算法与相关系数计算听觉与波形相似度,作为两个客观评价结果约束OFDM子载波幅度的修改程度,保证伪装的效果。提出匹配滤波与正交匹配追踪结合的自同步算法,使伪装通信信号帧结构的设计保持原始whistles叫声的模式,提高了伪装的效果。通过CSK扩频技术很大程度地提高系统的频带利用率且通过垂直阵虚拟时间反转信道均衡技术提高了通信系统的稳健性。海上试验验证了伪装通信方法的可行性。      

一种光正交频分复用系统的联合相位均衡方法

正交频分复用（OFDM）技术加相干接收与数字信号处理法(DSP)的组合是超长距离光通信的理想模型。光OFDM系统对相位噪声十分敏感,必须对相位噪声进行补偿。提出一种基于正交小波基变换的光OFDM系统的联合相位均衡方案。该方案将块状导频周期性地插入OFDM信号,在接收端利用导频信息首先消除各个子载波的公共相位误差,然后采用自适应均衡方式消除每个子载波自身相位误差。仿真结果表明,对于二进制正交振幅键控(4QAM)调制信号,在采用常规的G.652光纤、100 Gb/s的相干光OFDM系统中,该联合相位补偿方法可使信号在满足传输系统的误码性能要求下,传输距离达到1000 km。     

一种水声OFDM的抗多径同步算法

水声信道普遍存在多径效应,致使水声正交频分复用(OFDM)通信系统的同步算法经常给出误差较大甚至错误的同步点。为了完成精确的同步,本文提出一种基于恒幅度零自相关序列以及在信号开始插入两个同样训练信号的联合同步算法,系统通过粗同步和细同步两个过程完成信号开始时刻的精确定位。仿真分析和湖试结果表明,本算法能够在多径信道下准确找到信号开始时刻。     

基于OFDM的雷达通信一体化共波形设计

为了减小通信信息对一体化波形模糊函数的影响,以连续波信号为基础,提出了一种基于扩频的多OFDM符号调制的雷达通信一体化信号模型,并分别从波形以及雷达模糊函数的角度对其进行分析。通过对通信信息预扩频后采用OFDM调制的方法,可显著改善一体化信号的模糊函数性能,降低距离维旁瓣。理论分析表明,一体化信号的距离旁瓣由所用伪随机编码序列的自相关、互相关特性及调制的通信信息共同决定,为波形的性能改进提供了指导方向。仿真结果表明扩频因子、子载波数目、数据长度的不同取值对雷达通信一体化信号的距离维模糊函数的旁瓣的影响,为优化一体化信号的性能提供依据。设计的雷达通信一体化信号模型可有效改善对通信信息和多普勒频移的敏感性,满足雷达探测波形要求。     

Fiber nonlinearity mitigation by PAPR reduction in coherent optical OFDM systems via biased clipping OFDM

A new method incorporating biased clipping orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) is presented, which mitigates fiber nonlinear effects in a long-haul coherent optical OFDM (CO-OFDM) system. Under the scheme of the method, the wanted signal carried by odd subcarriers is orthogonal to clipping noise and a Mach-Zehnder modulator (MZM) performs the optimal OFDM signal up-converter from the radio frequency (RF) domain to the optical domain. Analysis and simulation results show that fiber nonlinear effects can be effectively mitigated by reducing the peak-to-average power ratio (PAPR) in biased clipping CO-OFDM system. The nonlinearity threshold (NLT) is improved by 5 dB with a reach of 240 km. With a fiber length up to 800 km, system Q value is improved by approximately 2.3, 1.2, and 0.6 dB at a chromatic dispersion of 6, 12, and 16 ps/(nm·km), respectively. Additionally, system Q reaches the maximum when direct currect (DC) bias is equal to the mean value of the OFDM waveform.     

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     

大气激光通信非对称限幅光正交频分复用技术

将一种新的正交频分复用调制技术运用到大气激光通信系统中,分析了采用这种非对称限幅光正交频分复用调制技术的大气激光通信系统在大气湍流信道下的性能.在此基础上,把非对称限幅光正交频分复用调制方案与传统的开关键控及直流偏置光正交频分复用调制方案进行了比较,并在大气湍流信道中进行了仿真.仿真结果表明:非对称限幅光正交频分复用调...     

Ultrasonic Wireless Communication Through Metal Barriers

Ultrasound can be used as a carrier to realize wireless communication to and from a metal-enclosed space, which has the characteristics such as immunity to the electromagnetic shielding effect and non-destructive penetration of metal obstacles. This paper firstly reviews the previous studies in the field of ultrasonic wireless communication through metal barriers, and summarizes their achievements and the existing problems. Secondly, an overview of the research methods involved in studying the characteristic of acoustic-electric channel is presented, and the principles are introduced for the actual measurement method, equivalent circuit method, ABCD parameter method, finite element analysis method and time-domain finite difference method. Then, an overview of the communication algorithms are presented such as orthogonal frequency division multiplexing (OFDM), single-carrier frequency domain equalization and multiple input multiple output OFDM. Finally, the potential future study are proposed in light of the trend of development and unsolved problems.