正交码元移位键控扩频水声通信

码元移位键控(CSK)作为一种广义的M元扩频技术被广泛应用于水声通信领域来克服扩频增益对通信速率的限制.为了获得更高的通信速率, 减少通道间干扰, 并充分利用 CSK的冗余信息, 本文提出联合利用码元相位信息的正交双通道CSK扩频水声通信技术.首先, 推导了正交CSK每符号积分输出的表达式; 然后, 研究了正交CSK的性能及与传统CSK和双通道CSK对比仿真的误码率; 最后, 通过实验验证了仿真对比的正确性. 实现了正交CSK在10⁴ bits, 4 kHz带宽下580.6 bps通信速率的有效传输. 通过公式推导、 仿真分析和实验研究, 得到正交CSK提供了优良的性能的结论. 关键词： 水声通信 扩频 正交 CSK     

M元码元移位键控扩频水声通信

针对传统直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频水声通信速率低的问题,基于小Kasami序列优良的自相关和互相关特性,提出了M元扩频和码元移位键控扩频两者相结合的水声扩频通信新方法.不仅利用了不同的序列信息,还利用了相同序列的扩频码相位信息.对于自相关和互相关函数在加性高斯白噪声和衰落信道下对M元码元移位键控扩频这种水声通信方法的影响进行了分析,并分别在两种信道下对其性能进行仿真,仿真结果表明在同等通信速率下M元码元移位键控扩频的抗噪声能力要高于直接序列扩频、M元扩频和码元移位键控扩频.在水池对M元扩频、码元移位键控扩频和M元码元移位键控这三种情况进行了比较性实验.在10~4比特的数据量下,实现了253.6 bps通信速率的M元码元移位键控无误码传输.     

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     

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.     

猝发混合扩频水声隐蔽通信技术

针对常规的连续载波调制扩频通信方式容易通过能量检测的方法被截获的问题,提出了一种猝发的混合扩频水声隐蔽通信方式,该方法通过在时间上随机的发送脉冲混合调制扩频信号来降低截获概率,而且可以比较灵活的通过调整平均占空比来满足不同隐蔽性的要求,但是该隐蔽性是以牺牲通信速率为代价的。猝发信号中混合了二进制相位键控(BPSK)、循环移位键控(CSK)和多进制频移键控(MFSK)扩频调制方式,采用自同步和时频二维搜索算法实现码元和载波同步。通过仿真分析了猝发通信系统的隐蔽性能和多途信道下的误码性能,并且通过了南海海试验证了算法的性能,在5 km的通信距离上,4 kHz的带宽内,单个脉冲信号的通信速率可以达到317 bps,误码率达到10-3以下。      

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     

稀疏信道条件下正交多载波扩频水声通信无导频信道估计算法

提出了一种无导频信道估计算法,该算法首先利用水声信道的稀疏特性对扩频信号进行识别,再利用扩频信号识别结果对水声信道响应进行判决反馈估计,从而实现对稀疏水声信道响应的可靠重建。仿真和湖上试验结果证实:无导频信道估计算法可以在不降低通信质量的前提下,实现对水声通信信号的稳健均衡,提升水声通信速率。      

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。     

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。      

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.     

混沌调频M-ary方式在远程水声通信中的应用

针对远程水声通信速率低的问题,提出了采用混沌调频M-ary(M元)通信方式提高通信速率的办法。将混沌序列引进到水声通信中来,由于量化后混沌序列的优良相关特性受到一定的破坏,为此提出了混沌调频M-ary通信体制,研究得出了混沌调频的重要特性:自相关特性好、正交码数目多、频谱利用率高、带宽和时间调整灵活等;给出了水声混沌调频M-ary通信系统的组成框图,并进行了海上实验。实验数据分析结果与理论值符合较好,表明这种通信体制是可行的,并能有效地提高通信速率。     

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.     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。     

水声多输入多输出信道的分布式压缩感知估计

多输入多输出技术通过采用多个阵元进行多发多收空间复用信道可在极其有限的通信带宽下实现高速水声通信,但由于同时存在通道间干扰和多径干扰,水声MIMO信道估计变得困难。提出利用MIMO水声信道多径稀疏结构存在的相关性,在经典联合稀疏模型的基础上对MIMO观测矩阵进行重组,从而建立基于分布式压缩感知的单载波水声MIMO通信信道联合稀疏模型;同时,针对信道响应中具有相同多径位置的稀疏部分和特有稀疏部分设计区分性正交匹配追踪算法进行联合重构,进一步抑制通道间干扰的影响。最后通过仿真和海上实验进行本方法有效性的验证,实现16 kbps的MIMO水声通信。通过算法推导、仿真和实验可得到结论:利用MIMO水声信道多径相关性进行分布式压缩感知估计可提高估计性能。      

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。     

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。     

水声正交频分多址上行通信稀疏信道估计与导频优化

针对水声正交频分多址(OFDMA)上行通信中用户导频数量少、分布不均匀, 导致传统内插信道估计方法产生误码平层的问题, 提出一种稀疏信道估计与导频优化方法. 基于压缩感知(CS)理论估计稀疏信道冲激响应, 并依据CS理论中测量矩阵互相关最小化原理, 提出基于随机搜索的导频图案和导频功率联合优化算法. 仿真结果表明, 所提方法在不同多径扩展信道下的性能均优于基于线性内插的最小二乘估计、未经导频优化的CS信道估计以及单纯基于导频图案优化的CS信道估计. 水池实验分别验证了交织式和广义式子载波分配的水声OFDMA上行通信性能, 在接收信噪比高于10 dB时利用所提方法实现了两用户接入的可靠通信.     

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。     

一种多通道混沌调相扩频方式及其在水声通信中的应用

直接序列扩频通信是一种低检测概率通信方式,在保密通信中得到了广泛的应用。但该通信方式仍存在缺陷,其采用伪随机序列作为扩频码,而伪随机序列具有周期性和二值性等较为明显的特征,在敌对环境下这些特征可能被利用,使得直扩信号重要的特征参数被估计出来,进而引发信息泄露。针对这个问题,本文提出采用混沌调相序列代替伪随机序列,混沌调相序列是恒包络的复数值序列,可用数量多,相关特性好,而且克服了伪随机序列周期性和二值性的不足,具有更高的保密性。为了提高通信速率,将混沌调相序列与多通道技术相结合,数值仿真结果显示了该通信方式优异的误码率性能,表明该通信方式在水声通信中应用的可行性。      

无边带信息的多输入多输出正交频分复用水声通信图样选择峰均比抑制算法

针对多输入多输出正交频分复用 图样选择 峰均比(peak-to-average-power-ratio PAPR)抑制算法需要传递边带信息的缺点, 提出了一种无边带信息传输的图样选择峰均比抑制算法. 该算法利用不同分布图样的梳状导频携带加扰相位序列选择信息, 结合浅海水声信道的稀疏特性在接收端对加扰图样进行自主区分, 实现了无边带信息的图样选择峰均比抑制.仿真和水池实验结果证实: 无边带信息传输的图样选择峰均比抑制算法可以在不损失PAPR抑制性能的前提下, 准确解算出传输相位序列选择信息、对抗突发噪声、实现无边带信息传输的可靠水声通信. 关键词： 水声通信 正交频分复用 峰均功率比 边带信息