极化编码调制正交频分复用水声通信中的极化码构造方法

为进一步提高水声通信可靠性和频带利用率,针对极化编码调制的水声通信需求和信道特性,基于蒙特卡洛法提出动态水声信道认知优化统计目标参数、联合译码的判决反馈信道估计两点改进,建立了适用于编码调制水声信道中的极化码构造算法。为验证该算法性能,建立了极化编码调制水声通信的两步应用机制。通过仿真,比对并分析改进前后的极化码构造方法性能、对时变信道的鲁棒性,以及在不同映射规则下的联合比特交织和多级编码的极化编码调制水声通信性能,并与低密度校验(LDPC)编码调制系统进行对比。湖试结果表明,提出的极化编码调制水声通信方案有效保证了信息在浅水水声信道中的可靠传输,在信噪比约为14 dB、通信距离约1 km时,实现无误码传输,性能优于相同条件下的LDPC编码调制系统。     

空间光通信中基于多输入多输出的级联码方案研究

针对多输入多输出自由空间光通信系统中误码扩散的问题,提出一种卢比变换码与奇偶检验码级联的级联码方案,该方案通过在卢比变换编码包后增加一位校验元来定位并删除其中错误的编码包,同时仿真比较卢比变换码与级联码的性能。在不同多输入多输出组数和通信距离的系统下对级联码进行仿真验证,模拟不同大气湍流强度信道。仿真结果表明:译码开销不超过0.5时,级联码可提升译码成功率;在相同湍流环境下,相比于天线个数为2×2的系统,天线个数为3×3的系统大约有3dB的编码增益,且采用级联码后,当误码率为10-5左右时,编码增益提升范围为0.5dB~2dB;在强湍流环境下,当天线个数相同时,随着通信距离的增大,相比于卢比变换码,级联码仍有一定的编码增益优势。     

水声通信实验信道仿真研究

水声信道的时变多途特性对其中通信信号传输构成严重影响，为了分析评估现实实验信道条件下水声通信系统的性能，给出了一种基于实验测量的水声信道仿真方法。此方法通过发射线性调频脉冲以检测信道多径结构，同时分别采用自回归模型与多普勒时间压扩来仿真信道中各路径的时变幅度与时变延迟。通过一个具体的直接序列扩频水声通信系统，表明在仿真与实验信道条件下系统性能具有较好的一致性。     

时变信道下的被动时间反转扩频水声通信

本文研究了时变信道条件下采用被动时间反转的直接序列扩频水声通信方案。多通道被动时间反转可通过对信道多径进行时间、空间聚焦实现信道匹配,但低信噪比、时变特性造成的信道特性失配对被动时间反转处理的性能造成严重影响。在垂直阵接收的基础上,本文采用码片级信道估计获取水声信道特性并进行周期性更新,并采用已判决码元产生的扩频码片作为信道估计训练序列,结合应用稀疏信道估计算法抑制零值抽头上的估计噪声,从而可有效改善时变、低信噪比条件下的被动时间反转处理的时、空多径聚焦效果,提高扩频通信性能。通过湖试实验比较了采用稀疏信道估计、传统信道估计算法的时反扩频接收机,以及经典直扩接收机的通信性能,实验结果表明：本文方案可在低信噪比获得较好的性能,并有效抑制时变信道对时反扩频通信性能的影响。     

基于多径分集的啁啾扩频正交频分复用水声通信系统

针对传统正交频分复用系统在具有复杂多途和深度频率选择性衰落特点的水声信道中性能下降的问题,提出了啁啾扩频正交频分复用水声通信方案.该方案对原信息码扩频,子载波变为相同调频斜率、不同中心频率、频带相互重叠的正交啁啾信号.经过水声相干多途信道后在接收端解扩,使多个途径信号在频域上拓展,多径信号彼此分离.结合虚拟时间反转镜技术,聚焦多途信道能量,完成信道多径分集接收,不仅可以抑制频率选择性衰落的影响,还充分利用信道多径分集增益提高系统性能.通过仿真研究和湖试验证,表明该方案具有较好的有效性和可靠性.     

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。     

无人机数据链信道编码方法研究

信道编码是提高通信可靠性的重要途径,针对无人机数据链传输遥控/遥测指令时的高可靠性要求,研究了无人机数据链不同码率的卷积码、Turbo码和LDPC码三种信道编码方法,结合无人机信道的特点,仿真验证了无人机数据链的三种信道编码与解码方案;三种编码方式都带来了较大增益,其中LDPC码的性能略优于Turbo码,卷积码性能相比最差,但三种编码方式都可以使数据链的误码率达到了10-5以下,满足了无人机数据链高可靠性要求。     

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.     

浅水时变多途信道特性分析与模型实验研究

时变多途水声信道是影响水声通信性能的一个重要因素,深入了解水声信道挣性并对水声信道进行建模具有重要的研究意义。本文在分析传统时变信道模型基础上,从时域角度出发,提出采用AR(ρ)模型对已有的浅水时变多途信道模型中的小尺度衰落分量进行修正。然后基于莲花湖实测信道数据,分析了时变信道各个路径的幅度、时延、时间相干系数、系统传递函数等特性,并对修正模型进行了验证正。从仿真结果来看,修正模型与试验结果拟合的很好。本文从多个方面对水声信道特性进行了分析,有助于对水声信道的深入了解,同时为水声通信系统性能评估提供了一种仿真信道模型。     

无源时间反转镜在水声通信中的应用

提出单阵元无源时间反转镜(PTRM),在对声信道没有任何先验知识的情况下可与信道自动匹配,实现自适应聚焦。并将其应用于Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,构成无源时间反转镜Pattern时延差编码水声通信系统(PTRM- PDS)。通过计算机仿真研究及湖试,验证了PTRM-PDS系统能够抑制声信道多途扩展产生的码间干扰,可在时变、空变的声信道中实现低误码率通信,具有很好的鲁棒性。     

水声通信中基于信道辨识的盲turbo均衡方法

水声信道多途效应明显,造成接收信号存在严重的码间干扰(ISI,Intersymbol interference)。基于最小均方误差(MMSE,Minimum mean square error)准则的turbo均衡器级联了均衡和信道译码,能够有效去除ISI,并获得优良的性能。由于水声信道的时变性,传统MMSE-turbo均衡需要周期性的训练序列,以实现连续可靠的通信。训练序列虽然提高了通信的可靠性,但降低了信息的有效传输速率。因此,为提高通信效率,本文提出了一种盲turbo均衡方法,该方法通过引入新的盲信道辨识器来同时获得信道估计响应和已去除部分ISI的初步均衡输出信号,并为turbo均衡提供初始的响应参数和比特软信息。与水声通信中应用较多的盲判决反馈均衡器(DFE,Decision feedback equalizer)相比,海上实验结果证明本文提出的盲turbo均衡方法抗信道多途衰落的能力较强,并且与传统MMSE-turbo均衡相比无需训练序列,因此提高了信息的有效传输速率。     

莱斯和瑞利信道中FSK卷积码的统计特性

本文把水声信道模型看成是莱斯(Rice)和瑞利(Rayleigh)信道,求得了FSK码的符号误差概率P_E、FSK组码的位误差概率P_b~1和FSK卷积码的位误差概率P_b。计算结果表明,信号确定性分量的贡献出现在P_E表式的指数部份,信号的随机分量出现在表式的线性反比部份。当信号确定性分量上升时,P_E迅速下降;在相同P_b和P_b~1的情况下,一种简单的卷积码所需频带宽度比组码小得多。在水声通讯应用方面,卷积码非常重要。     

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.     

一种DCSK通信系统的延迟合并接收方案

提出一种多径衰落信道下DCSK通信系统的延迟合并接收方案. 理论分析和仿真结果证实了该方案的误码性能. 结果表明，和原DCSK通信系统相比，使用了延迟合并接收方案的DCSK通信系统误码性能有所提高；不同接收路径延迟对应的误码性能基本相同；各接收路径采用等增益合并方式时误码性能最好；其理论上限随着接收路径数增加而逐渐降低.     

相干水声通信幅相加权空间分集均衡算法

水声信道的典型特点为多普勒频移严重、可利用带宽窄以及强多径干扰。空间分集均衡技术是相干水声通信中克服信道多径干扰,消除码间干扰的一种有效手段。为了极大化地输出阵增益,结合无源相位共轭方法和多通道均衡算法,本文设计了组合信噪干比的全新信道评价方法。利用改进的Sigmoid函数对各通道接收信号的幅度进行加权处理;采用二阶锁相环跟踪各通道信号的相位变化,实现各通道信号同相累加。将各通道低通滤波后的信号能量归一化,采用了分数阶-判决反馈分集均衡器,加入各通道权重系数实现了水声通信系统的分集均衡接收。仿真结果和湖试数据处理结果均表明,优化的幅相加权分集均衡接收算法能抵消多径和噪声的干扰,性能优于等增益合并接收算法。湖试数据处理结果误码率降低了1.8%。      

一种水声信道均衡器的混合算法

水声高速相干通信中使用自适应均衡对抗信道在接收信号中产生的码间串扰。目前,1/2分数间隔采样的判决反馈均衡器结构得到了广泛的应用。本文分析了几种自适应算法在此种均衡器结构下的性能,结合浅海水声信道的特点,提出了一种快速卡尔曼滤波和快速自优化最小均方的混合算法,模拟及海试结果表明,该混合算法在计算复杂度、收敛速度以及稳定性方面都有很好的性能,已经应用到了水声实时高速通信系统当中。     

基于SOA全光偏振调制的双信道PolSK光传输系统

提出一个新颖的采用两个级联半导体光放大器(SOA)作为独立全光偏振调制器实现双信道偏振态位移键控(PolSK)光传输系统方案,并进行了实验验证.从发射机端输出的PolSK光信号具有四个偏振态,构成了两个独立的二进制数据信道.各信道数据可以采用不同的码制,码率以及不同的时钟信号.该系统方案,提高了通信系统的比特-符号比以及频谱利用率;又由于PolSK光信号功率恒定,减小了光纤链路中非线性效应对光信号的影响提高了通信系统长距离数据传输能力;在接收机端实现了光信号的直接偏振检测,简化了接收机的设计和成本;又由于采用了稳偏接收模块使接收系统能够实现稳定信号接收.构成了基于本方案的实验系统,进行了一系列基础实验和性能测试.分别进行了50 km,80 km以及100 km长距离光纤数据传输实验,实验结果表明所提出的系统方案是有效的.     

高效纠错编码技术在无线光通信中的性能分析

在介绍无线光通信信道及系统模型的基础上,推导了无线光通信未编码系统和RS编码系统在已知信道边信息条件下的平均误码率,从接收光功率和对数振幅起伏方差方面对RS码编码系统和Turbo编码系统的性能进行比较.仿真结果表明,采用编码方案可以有效地改善大气湍流对通信链路性能的恶化,Turbo码编码方案比RS码编码方案能更好地抗大气湍流干扰.     

基于水声信道传播时延排序的分层空时信号检测

基于分层空时编码的多输入多输出技术是一种极具潜力的高速水声通信技术, 但要实现这种潜力需要复杂的空时信号处理方法, 以抵消来自水声信道的多径干扰和异步到达干扰, 以及叠加在接收端的各层信号之间的干扰. 对低复杂度的空时信号处理方案进行了研究, 提出了一种基于子信道传播时延排序的有序连续干扰抵消信号检测算法, 利用子信道间的传播时延差, 实现可使差错概率最小的最佳检测排序; 给出了利用信道估计, 以极低的计算量确定排序的方法, 从而可以大幅降低信号检测的计算复杂度. 采用低复杂度的单载波频域均衡来抵消水声信道中的码间干扰和异步到达干扰. 仿真结果表明, 基于时延排序的信号处理算法可以获得检测性能的改善, 而且性能增益在高数据率时更加显著. 研究结果表明, 采用有效的信号处理方法可使水声信道中造成信号检测干扰的传播时延成为改善系统性能的有利因素.     

水下数字语音通信系统的研究和实现

将相干水声通信技术和混合码激励线形预测语音编码技术相结合进行了研究,设计并实现了一个可应用于浅海水声信道的实时数字语音通信系统.系统针对语音编码数据的特点,根据语音数据对恢复话音重要程度的不同,采用分层的信道编码以减少总体冗余度提高系统传输效率,采用鲁棒的语音帧同步机制、引入缓存机制保证语音数据流的连续性以提高系统整体性能;采用基于信道估计的内嵌二阶锁相环分数间隔判决反馈均衡器以对抗水声信道多径的影响.对该系统进行的海试在6 km和11 km距离上成功地实现了较高质量(可分辨出不同说话人)的实时水下语音通信,海试结果表明该系统可以应用于半双工实时水下数字语音通信.