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.     

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。     

基于差分Pattern时延差编码和海豚whistles信号的仿生水声通信技术研究

为解决传统的隐蔽水声通信方法带来的通信性能降低问题, 提出了一种将差分 Pattern 时延差编码通信体制与海豚whistles信号相结合的仿生水声通信技术. 海豚whistles信号频带较窄且各信息码元间隔不等、码元之间互相关性较弱, 选取whistles信号作同步码和Pattern 码, 并以相邻whistles信号之间的时延差值携带信息. 这种仿生的水声通信信号不易被敌方探测、截获, 且差分Pattern时延差特殊的编码方式也不易使信息被破译, 因此该水声通信技术具有较强的隐蔽性和保密性, 且在抗码间干扰以及抗多普勒效应方面具有优异性能. 本文对系统进行了水池实验, 在信噪比为0 dB、存在相对运动时实现了通信速率为67 bit/s的低误码数据传输, 验证了系统的有效性、稳健性和隐蔽性. 关键词： 仿生水声通信 差分Pattern时延差编码 海豚whistles信号 隐蔽性     

参量阵差分Pattern时延差编码冰下水声通信方法

为提高差分Pattern时延差编码水声通信方法的通信速率以及抗多途能力,使其能有效适用于冰下水声环境,提出了基于参量阵的差分Pattern时延差编码水声通信方法,推导了Pattern码的参量发射原理,分析了参量阵发射对该方法性能的影响,利用参量阵发射产生低频宽带窄指向性声柬,减少了声线触碰上下边界的次数,提高了系统抗多途的能力。冰下水域外场试验结果表明:本方法可有效抑制多途效应,同时低频宽带特性提高了系统通信速率。      

M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信

Pattern时延差编码水声通信体制利用信息码元的时延值调制信息,他的抗多途扩展干扰能力与码型种类及码型脉宽有关.扩频通信可获得扩频增益,可胜任远程水声通信,但其通信速率低是使用受限的重要原因.提出将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合,并采用M元扩频、多通道工作方式,构成一种新的适用于水声环境的通信方案,既可获得扩频通信的优良性能,又可提高通信速率.湖试结果验证了本文提出的M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信方案的鲁棒性及可行性.     

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     

一种新的水声通信体制

本文提出了一种针对海洋水声信道多途干扰的新的水声通信体制.它将利用信号码元波形参数进行多维信道编码技术和利用信号码元时延值进行信息编码技术融于信号码元的设计中,从而使得本方案具有很强的抗多途时延扩展能力,并可望获得相当高的通信速率.初步的湖上试验结果表明:在1公里左右的水平通信距离上,可靠的通信速率约为200bit/s     

M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信

Pattern时延差编码水声通信体制利用信息码元的时延值调制信息，他的抗多途扩展干扰能力与码型种类及码型脉宽有关. 扩频通信可获得扩频增益，可胜任远程水声通信，但其通信速率低是使用受限的重要原因. 提出将扩频通信与Pattern时延差编码水声通信体制相结合，并采用M元扩频、多通道工作方式，构成一种新的适用于水声环境的通信方案，既可获得扩频通信的优良性能，又可提高通信速率. 湖试结果验证了本文提出的M元混沌扩频多通道Pattern时延差编码水声通信方案的鲁棒性及可行性.     

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。     

循环移位扩频水声通信

针对常规直接序列扩频水声通信数据传输速率低及M元扩频水声通信接收机复杂度高的问题,基于扩频序列优良的相关特性,提出循环移位扩频水声通信方法.在发射端,根据输入信息对基本波形进行循环移位编码;在接收端,利用快速相关技术进行时延估计及译码.进行了中远程湖上实验研究,在15 km距离,2 kHz带宽内,总数据传输速率可达438 bit/s, 误码率为10^-2—10^-5.实验结果表明该方法具有带宽利用率高、复杂度低的特点,适用于中远程及多用户水声通信. 关键词： 水声通信 扩频 循环移位 时延估计     

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。     

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.     

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。     

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。     

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。     

中国声学学会水声学分会学术研讨会在敦煌召开

中国声学学会水声学分会于２０００年９月２２－２４日在甘肃敦煌市举行学术研讨会及主任、委员扩大会议．收到水声论文报告１６篇,声学相关学科报告３篇．到会水声专家共２２人． 水声分会学术研讨会共有１１位声学家作了学术报告,侯朝焕院士、霍国正、侯自强教授等,从三个角度论述了声响系统设计的趋势和最新方法：其一, 是用并行阵处理机芯片实现ＤＳＰ和ＣＰＵ;其二,是硬／软件折衷设计使声响系统达到最佳;其三,用大型、通用计算机满足声呐系统ＤＳＰ要求．宫先仪教授研究多路径传播的时空多分辨建模及相应的多分辨处理,从而提…     

水声通信中低码速率语音编码算法的研究

中远距离(>10 km)水声语音通信时,由于可利用带宽窄、复杂多变等不利因素对信息传输率的制约,语音编码速率应降到尽可能的低。利用水声信道传播时延大的特点,结合人耳听觉感知的特性,在深入研究混合激励线性预测编码(MELP)标准之后,提出一种语音编码速率可调节的变比特率语音编码算法。其平均码速率约600 bps,主观语音质量评估平均得分(PESQ MOS)约2.8分。对该编码算法性能进行了计算机仿真和海上实验验证。实验及仿真表明,在误码率不高于10-3时,本算法表现良好且稳定,合成语音清晰可懂,易于辨认说话人。      

相干水声通信系统中均衡器长度设计方法

基于自适应均衡技术的相干通信被证明是有效的水声通信方式之一。在均衡器设计过程中,确定均衡长度的方法主要是经验确定与搜索算法,前者依赖于特定的环境,后者一般计算量较大。本文提出一种应用于相干水声通信系统的根据信道冲激响应确定均衡长度的设计方法。仿真及试验结果证明了该方法可以有效地提高通信的可靠性。     

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。     

基于ADSP—21060 SHARC高速通用声呐信号处理系统

中国科学院声学研究所信号处理研究室长期从事水声信号处理、水声工程和声呐系统的研究和实验工作,研制出了第二代到第四代声呐系统,积累了丰富的经验、本文介绍一种利用ＡＤＳＰ—２１０６０ＳＨＡＲＣ芯片研发而成的通用信号处理板。它具有体积小、功能完备、运算速度快、并行处理能力强、可靠性高等特点。可任意集成不同的信号处理系统,适用于各种信号处理领域。