水下舰艇扩频通信体制研究

水下舰艇通信采用的水声通信方式在长距离传输中信号衰减严重,且因为隐蔽性需求信号功率受限,叠加受到多径干扰和海洋背景噪声干扰,通信误码率较高。为此,提出水下舰艇扩频通信体制研究。设计扩频通信体制,利用扩频通信体制拓宽传输带宽,提升远距离衰减下的通信信噪比;采用类白噪声的伪随机码m序列和OPS序列作为扩频码组建编码序列集,解决白噪声干扰、多径干扰和码分多址的问题。测试结果表明:同等条件下,采用m序列的扩频通信结果更优,可以实现-25 dB下误码率低于1%的可靠通信。经过该方法调制后,剔除了噪声干扰和多径干扰,增强了衰减的高频信号,解决了水下通信远距离衰减、多径干扰、背景噪声干扰等问题。

交织子载波FBMC-IM水声通信系统的性能分析

针对现有基于滤波器组多载波的索引调制(FBMC-IM)系统在水声通信中无法获得更优误码率性能的问题,对FBMC-IM系统进行改进,提出一种基于滤波器组多载波的交织子载波索引调制系统(FBMC-ISIM)。该技术继承了基于滤波器组多载波调制系统(FBMC)和索引调制系统的优势,利用子载波索引控制载波的激活,灵活地调整静默子载波数和激活子载波数,同时通过联合设计,使承载数据符号的实载波按照交织子载波索引调制的方式进行数据映射,从而使同一子块的子载波信道衰弱不相关,大大降低了系统的误码率。在实测水声信道下进行仿真,仿真结果显示该技术在相同信噪比下比FBMC-IM系统的误码率更低,证明了该技术在水声信道中可以获得比FBMC-IM系统更优的误码率性能。

基于深度强化学习的水声网络公平跨层MAC协议

针对水声通信异构网络中信道分配不公和节点能量受限的问题,基于深度强化学习方法,提出跨层联合优化公平信道接入和功率控制的媒介访问控制(POCL-MAC)协议。根据反馈ACK包获知时延状态下的信道冲突结果和接收机处信噪比,基于深度强化学习的状态、动作和奖励序列自主学习,调整认知用户的接入时隙和发射功率;采用公平函数实现异构网络中认知用户和主用户吞吐量性能的比例公平。设计了一个联合状态序列和独立式奖励函数,在不增加神经网络复杂度的前提下,提高跨层联合优化的子动作决策准确度。仿真结果表明,相比于传统DRL算法,所提算法实现了接近于最优公平性吞吐量性能,同时具有更好的能量利用效率。

前视声纳中多波束形成算法的FPGA实现

在阵元数量和波束数量较多的情况下,多波束形成算法对FPGA的计算资源以及数据传输能力要求极高。文中使用Xilinx公司的Kintex-7系列FPGA对96通道、256波束的二维前视声纳中正交多波束形成算法进行研究。针对正交多波束形成算法资源消耗过大的问题,整体算法采用12个子模块并行逐级求和的方法实现,该方法可对算法结构进行显著优化,每个子模块结构包括数字正交混频、低通滤波抽取和多波束形成三个部分。子模块工作的最高频率为128 MHz,故提出通过8通道复用的方法实现数字正交混频和滤波抽取,通过乒乓存储操作以及2048倍复用复数乘法器实现多波束形成;再将三个算法子单元串行处理,实现数据不间断输出,从而解决传统全并行多波束形成算法导致FPGA资源消耗严重以及不足的问题。最后,通过Matlab仿真和标准信号源测试验证所提方案的可行性。

基于对数自适应算法的大气噪声抑制及其传输系统仿真

为有效分析大气噪声等冲击性噪声对水下超低频通信的影响和改进对数自适应算法的有效性,搭建turbo码(MSK)传输系统,利用传输系统中的误比特率曲线性能作为评价指标,这种评价方法与传统算法收敛性曲线相比,更能真实客观地反映通信质量。但需要指出,在特定信噪比条件下研究雷电等冲击性噪声时,会出现加噪声后通信质量变好的情况,这与实际情况不符,因此需要在对雷电的噪声模型进行分析讨论后,对合适模型的噪声功率进行合理的理想化处理。经实验验证,若保持误比特率10-4不变,加入雷电噪声后需要额外4.5 dB左右的功率,运用对数自适应算法处理后可以节约这些功率。