虚拟时间反转镜Pattern时延差编码水声通信

提出虚拟时间反转镜(VTRM)算法,并基于Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,研究了VTRM在水声通信中的应用。PDS水声通信体制利用Pattern码元出现在码元窗的时延差值进行时延编码,具有稳健的通信性能。虚拟时间反转镜技术具有空间聚焦和信道均衡的性质,将其应用于PDS体制水声通信中,较时间反转镜(TRM)简单易行却又具有TRM的性质。计算机仿真结果表明,VTRM有效地抑制了水声信道严重的多途扩展对Pattern波形的畸变,提高了通信质量。

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。

动态自适应Pattern时延差编码水声通信

针对Pattern时延差编码(PDS)水声通信中常规解码不能适应信道变化及收发节点运动的问题,提出了一种动态自适应解码方法.该方法采用变长滑动窗动态地搜寻每个携带信息的Pat-tern码元,根据解码结果实时地修正下一码元偏移量,将有用信息最大限度地送入拷贝相关器进行解码.该方法能够较好地自适应信道起伏及收发节点距离变化对信号造成的影响,使系统性能较常规拷贝相关解码大幅提高.在吉林省松花湖的试验结果表明,采用动态自适应解码的PDS通信体制,在距离1000m通信时,误比特率较常规解码降低一个数量级,1500m时实现了无误码通信.该方法简单实用,适应性强,为构建高速、稳健的水下通信网打下了良好基础.

Pattern时延差编码水声定位的时延估计研究

基于Pattern时延编码体制,针对水下超短基线定位系统设计了呼叫信号的正、负调频时延编码结构,并提出利用二次互相关技术进行时延估计。该方法在一定程度上能够提高呼叫方的可检测信噪比,同时在复杂环境下对信道中包括直达波在内的多径信号能量进行累加,能够准确地完成峰值检测,进而达到提高时延估计精度的目的。海试实验结果表明二次相关法在不同信噪比条件下能有效地抑制界面反射产生的多径干扰。

分组M元扩频Pattern时延差编码水声通信

针对水声通信中通信速率和频带利用率不高的问题,提出将M元扩频技术与Pattern时延差编码相结合,将多进制扩频码作为Pattern波形进行时延差信息调制,在接收端利用拷贝相关器解出信息,提高了系统的通信速率和抗干扰能力;在此基础上又提出了分组扩频的概念,对发送端扩频码进行有效分组,利用其良好的正交性,将各组挑选出的扩频码并行传输,进一步改善系统的通信速率和频带利用率.在信道水池内进行了通信实验,在2.5 kHz带宽内,M元扩频PDS系统通信速率为91 bit/s,分组M元扩频PDS系统可达302bit/s,误码率为1×10-4,实验结果验证了该系统的可行性和鲁棒性.

差分Pattern时延差编码水声通信技术研究

基于传统Pattern时延差编码提出一种采用非固定码元宽度的差分编码方式(DPDS),以相邻码元时间差值携带信息,利用不同线性调频信号来实现码元分割,具有较好的抗码间干扰和抗多普勒的能力。通过计算机仿真研究及湖试实验,验证了DPDS系统可提高通信速率,可抑制信道多途效应产生的码间干扰和多普勒效应产生的时间漂移,具有很好的有效性和稳健性。

基于差分Pattern时延差编码的管道应急声通信技术研究

在地下空间突发灾难后通信中断的情况下,基于刚性管道的应急声通信系统可为搜救被困人员提供有效保障。在现有的管道应急声通信系统中,存在传输效率较低的缺点,针对该问题,提出一种基于差分Pattern时延差编码的管道应急声通信方法,可有效提高管道应急声通信系统的传输效率。实际的管道实验结果证明了该方法的有效性与可行性,与原来的通信系统相比,相同条件下的通信速率有了较大提高,并具有一定的抗干扰性能。

TCM在Pattern时延差编码通信体制中的应用

Pattern时延差(PDS:Pattern time Delay Shift)编码通信体制具有很好的抗多途干扰能力,但传输过程中仍存在一定的误码。为提高该体制的抗噪声能力,将网格编码调制(TCM:Trellis-Coded Modulation)技术与PDS体制结合使用,对信息进行网格编码调制和维特比软判决译码。实验结果证明,该方案抗噪声效果显著,可使PDS体制的抗噪声性能提高3 dB左右。

Pattern时延差编码水声通信抗多普勒的差分解码研究

研究了Pattern时延差编码(Pattern Time Delay Shift Coding,PTDS)水声通信的差分解码技术。在移动水声通信中,多普勒频偏会对信号产生时间上的压缩或展宽。差分解码通过测量相邻Pattern的时间差进行时延估计完成译码,克服了多普勒频偏在时间上的累加效应,具有更强的抵抗多普勒能力,为移动水声通信技术的研究打下了基础。仿真实验证明所提出的解码方案简单易行、性能优良。

高速Pattern时延差编码水声通信技术

针对传统Pattern时延差(Pattern Time Delay Shift,PDS)编码水声通信速率较低的问题,在传统PDS水声通信基础上,提出基于分频带的高速PDS通信方案。借鉴无线电中多载波通信思想,将可用水声通信频带进行分割,多个子频带上同步传输PDS信号,结合被动时间反转镜信道估计技术,达到提高水声通信速率的目的。试验结果表明,在强多途水声信道环境下,实现了远程低误码率传输,不仅能够有效抑制强多途干扰,还能够提升水声通信速率。

基于差分时延差编码的水声发射系统研制

差分时延差编码能有效抑制多途信道的干扰,实现信息的可靠传输,因此在水声通信中被广泛应用。本文设计了一种基于差分时延差编码的水声发射系统,针对差分时延差编码的特点和要求,利用波形存储直读方式产生码元,通过以太网将其传输到下位机并存储到存储器;然后对系统进行通信编码参数配置;最后基于下位机存储的码元和通信编码参数配置,将通信信息通过差分时延差编码并经数模转换器和低通滤波器变换后,由换能器发射出去。湖试通信实验表明,水声发射系统在不同参数条件下均能保证编码信息的准确性以及传输信息的可靠性,具有一定的实用性。

基于Matlab的时延差编码被动时反转镜水声通信系统仿真实验设计

为让学生掌握Pattern时延差编码(PDS)、被动时间反转镜(PTRM)等水声通信技术,深刻理解多径干扰对深海水声通信系统的影响,将具有很强抗多径干扰能力的PDS技术应用于深海水声通信;将PTRM技术应用于PDS系统,在对抗深海信道多径干扰更具优势;将矢量信号处理技术应用到上述通信系统,以提高系统的输入信噪比(SNR)。结果表明,该通信系统能够在深海多径和低输入SNR情况下,以较低的误码率(BER)及较高的通信速率进行通信。通过深海PTRM-PDS通信系统的仿真,在教学中使学生深入了解技术流程。更加直观体验PTRM-PDS水声通信技术原理及有关过程。

虚拟时间反转镜PDS水声通信双向均衡方案

虚拟时间反转镜(Virtual Time Reversal Mirror,VTRM)引导了空间聚焦和信道均衡,将其应用在Pattern时延差编码(Pattern Time Delay Shift Coding,PDS)水声通信体制,构成VTRM-PDS系统,可增强抗多途干扰的能力。但当通信节点间存在缓慢运动,即信道缓慢时变时,在一帧信号中,信道均衡的效果会随时间逐渐降低,产生失配现象。提出了双向均衡方案,在没有信道先验知识的前提下,通过前向和后向信道均衡,充分利用探测信号和信道信息,提高了信道均衡效果。湖试结果证明了该方案的优越性。

基于MSS-PDS和单阵元PTRM信道均衡的深海远程水声通信方案

为了提高水声通信的性能,提出了一种联合运用 M 元扩频(MSS)通信和 Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,并采用单阵元被动式时间反转镜(PTRM)来实现声信道均衡的深海远程水声通信方案。该方案的 M 元扩频-Pattern 时延差编码通信技术既能胜任远程水声通信,又能提高通信速率;单阵元被动式时间反转镜信道均衡技术既可抑制多途扩展产生的码间干扰,又能提高信噪比。根据深海声道特性分析,该方案将通信固定节点置于声道轴以获取会聚增益,提高通信距离。计算机仿真结果证明,所提出的深海远程水声通信方案具有很好的鲁棒性和可行性。

RS码及卷积码在PDS水声通信体制中的应用

Pattern时延差编码(PDS:Pattern time Delay Shift coding)水声通信体制能有效地抑制水声通信中多途扩展引起的信号波形畸变对通信性能的影响,而RS码具有与PDS通信体制结合的先天优越性。为进一步降低水声通信系统的误比特率,提出将RS码与PDS通信体制结合,并对RS码在PDS水声通信体制中的性能进行研究。对挑选的RS码与常用的卷积码在PDS通信体制中的性能进行了仿真对比。结果表明,RS码在PDS通信体制中的性能远优于卷积码,对系统性能有明显提高。

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.

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.

分数阶Fourier变换在深海远程水声通信中的应用

提出深海远程水声通信方案,利用深海声道特性,将通信节点置于声道轴以减小传播损失,提高通信距离.将分数阶Fourier变换(FRFT)应用于水声通信同步检测及Pattern时延差编码(PDS)水声通信体制,可减小多普勒频偏的影响.通过计算机仿真研究表明,分数阶Fourier变换相对于拷贝相关将更适用于存在多普勒频偏的相干多途水声信道条件,有助于实现低误码率通信.

一种适用于移动环境的水声通信系统及其性能分析

移动水声通信面临着两个问题:信道结构的快速变化以及多普勒效应。信道结构的快速变化使得接收机信道均衡复杂度急剧上升,且稳健性变差。多普勒效应使得解码判决相关峰位置出现偏移,随着偏移误差的累积会带来大面积的误码。为此本文提出一种适用于移动环境的差分Pattern时延差编码水声通信方案,利用相干重置技术进行快速信道匹配,利用差分解码减小多普勒效应影响。理论分析与仿真研究表明该方案在移动环境下具有较强的稳健性与有效性。