周期性管柱信道的声波通信技术研究综述

井下声波通信技术利用周期性管柱信道实时传输声波数据，相比于其他通信方式，具有适应性好、复杂度低、传输效率高等优点，在随钻地质导向、油水井监测等方面有广阔的应用前景，是发展智能油田的关键技术之一。本文主要综述上世纪90年代以来关于信道物理模型、信道容量、声信号调制与接收方法等关键问题的研究历程，并对通信系统的设计要点与国内外相关产品的现场应用进行梳理，为后续的技术改进提供依据。     

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。     

多极化MIMO信道特性与天线设计*

多极化MIMO技术在高频谱效率和紧凑型MIMO通信系统中具有较大的应用潜力,其信道特性与天线辐射特性和环境散射特性以及它们之间的相互作用密切相关,目前紧凑型、低耦合的多极化MIMO天线设计仍存在很大挑战。本文简要介绍和总结了多极化MIMO信道建模理论、多极化天线实现方式和信道特性测量实验等,并指出存在的一些问题和未来的研究方向。     

在两用户干扰信道通信中的帕累托最优解

从信息论的角度研究了两用户干扰信道的可达速率问题.将帕累托优化方法应用于耦合两用户干扰信道传输功率分配策略.结果表明:当系统处于帕累托最优时,使用最小发射功率可以达到最大信道速率.此外,每个信道的可达速率相等,且它仅与信道的参数有关.结论提供一个理论工具,应用该工具可以避免使用大量复杂的干扰抑制方法,达到获得最大信道速率的目的.     

基于生命期模型的无线传感器网络信道分配博弈算法

针对无线传感器网络中节点因干扰过大导致重传能耗增加, 进而节点过早失效、网络生命期缩短的问题, 根据网络拓扑信息和路由信息设计节点的负载模型, 从而构建了节点的生命期模型. 然后利用博弈论将路径增益、交叉干扰和节点生命期等性能参数融入到效益函数中, 构建信道分配博弈模型. 理论分析证明该博弈模型存在纳什均衡. 进而运用最佳回应策略, 在所构建的信道分配博弈模型的基础上, 设计了一种优化网络生命期的抗干扰信道分配算法. 该算法使节点在选择信道时避免与网络中交叉干扰较大的节点和生命期较小的节点使用相同信道, 实现干扰小、能耗低且均衡的信道选择. 理论分析与仿真结果证明该算法最终能够快速地收敛到纳什均衡, 且具有较小的信息复杂度, 从而减小算法本身的通信能耗. 同时, 该算法具有良好的抗干扰性和信道均衡性, 能够有效地延长网络生命期.     

基于半导体环形激光器的高速双向双信道混沌保密通信

提出了一种利用半导体环形激光器(SRLs)的新型高速双向、双信道混沌保密通信系统. 在该系统中, 首先利用交叉双光反馈对驱动激光器的顺时针模式和逆时针模式的混沌延时特征进行抑制. 然后将此混沌信号注入到一对响应激光器对应的顺时针模和逆时针模中, 以实现带宽的增强及混沌同步. 最后基于响应激光器之间的混沌同步, 实现高速率、双向、双信道的混沌保密通信. 通过对驱动激光器在交叉双光反馈作用下的混沌特性、以及响应激光器在不同条件下的同步特性进行了相关理论和仿真研究, 结果表明: 驱动激光器在合适的交叉双光反馈作用下可以产生延时特性被良好隐藏的顺时针模式和逆时针模式混沌信号; 在该混沌信号的注入下, 响应激光器输出的混沌信号带宽可以得到明显增强; 通过设置合适注入强度值和频率失谐值, 响应激光器之间可实现高质量的等时混沌同步. 最后, 对系统的双向、双信道混沌保密通信特性进行了讨论. 当10 Gbit/s信号传输距离为10 km时, 解调信息Q因子值仍可保持在6以上.     

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。     

基于MetropolisQ学习的蜂窝网络在线信道分配

针对现有的蜂窝网络的在线动态分配模型具有的信道需求量大、呼叫动态变化时阻塞率高和收敛速度慢的缺点,设计了一种基于MetropoisQ学习的蜂窝网络的在线信道分配方法。首先,在考虑同信道限制、邻居信道限制和同小区限制的基础上,设计了在线信道分配的数学模型,然后在Q-Learning算法基础上的设计了一种基于资格迹的Q(λ)算法实现信道的在线分配,为了进一步提高收敛速度,采用Metropois规则对算法中动作的选择方式进行改进,实现探索和利用的平衡。为了验证文中方法,采用Matlab工具上进行实验,仿真实验结果表明文中方法能实现蜂窝通信网络的在线信道分配,且与其它方法比较,具有较少的信道需求量、较低的阻塞率和收敛速度,较其它方法具有较大优越性。     

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。