一种改进的UEP喷泉码算法及其在FGS系统中的应用

在网络视频流的传输中,针对可分级视频编码（scalable video coding, SVC）的精细粒度质量可分级(fine grain quality scalable, FGS)方式,提出了一种改进的不等差错保护(unequal error protected, UEP)的喷泉码算法,并将UEP喷泉码与FGS结合,得出了改进UEP喷泉码的FGS系统。其核心思想是对FGS中的基本层与增强层截取不等长度的原始信息,利用喷泉码译码概率对原始信息长度敏感的特性,使得FGS的基本层数据与增强层数据以不等的概率译码。在无反馈信道的情况下,保证了基本层的优先性,提高信道利用率,并且喷泉码可以自适应网络信道环境,接收端可以根据具体的网络环境,以最大概率恢复出当地的原始信息。理论分析和仿真结果表明,采用UEP喷泉码的FGS系统,能够很好地实现基本层与增强层的数据不等保护能力,提高了传统FGS系统的性能。     

深空通信中喷泉码技术研究

深空通信时延长、误码率和丢包率大、上下行链路带宽不对称和链路易中断等特点,决定了编译码技术成为深空通信中的一个难点问题。介绍了喷泉码的基本概念和特点,分析了喷泉码的全选问题、阶的分布问题和译码算法以及LDPC译码算法的性能等问题,提出了在深空通信中采用内码为LDPC码、外码为喷泉码的级联码方式,分析了该级联码的性能。结果表明,该码具有较好的性能以及与码长成线性关系的译码复杂度,能够满足深空通信对于信息传输可靠性的要求,满足通信质量要求,在深空通信中有很大的应用潜力。     

一种频域RS-LT级联码在短波通信中的应用研究

针对短波通信中同时存在误码和丢包的特点,提出了一种频域RS码与数字喷泉码串行级联的纠错纠删编码算法,并在FPGA芯片及短波电台终端上予以实现。频域RS码作为外码,LT码作为内码,使RS码和LT码互相促进,同时实现纠删和纠错,这是单独采用两种编码方法都无法达到的。仿真表明RS-LT级联编码可提高LT码译码成功概率。同时短波信道实测结果表明,编码模块的应用可有效提高短波电台正确接收概率。     

RaptorQ喷泉码编译码算法分析及优化

RaptorQ喷泉码是喷泉码的最新研究成果,理论分析和仿真验证表明,RaptorQ喷泉码是性能最好的喷泉码,同时也是编译码复杂度最高的喷泉码。针对RaptorQ喷泉码编译码复杂度高这一问题,以国际标准RFC6330所设计的RaptorQ码编译码流程为基础,提出一种RaptorQ编译码算法的优化版本。新的编译码流程通过固定生成矩阵的方式提前计算好生成矩阵并存储,方便随时调用;通过提前列变换的方式规避多次寻找标准行和高斯消去操作,以及通过去稀疏化的方式,减少编译码过程中的矩阵乘法和异或运算。仿真比较优化前后的编译码算法,结果表明,优化后的RaptorQ码编译码流程能够在保证传输性能不变的同时,减少RaptorQ喷泉码编译码基本运算次数、缩短RaptorQ喷泉码编译码的时间,降低了编译码的计算复杂度,并保持了传输性能。     

一种新的LV-BPL宽带通信系统仿真

室内低压电力线（LV-BPL）通信是一种新的宽带接入技术,基于数字喷泉码与正交小波包调制提出了一种新的LV-BPL编码多载波调制通信系统模型。系统采用Raptor码作外码,块编码作内码,按块编码调制（BCM）映射到正交小波包调制时频平面。由于小波包稳定的正交性、自由的时频铺砌,数字喷泉码与码率无关的性质及BCM抗脉冲干扰的特点,系统在LV-BPL信道具有比编码DFT-OFDM更好的性能。     

基于DIS的水声对抗声学仿真系统设计

在分析了攻击武器、对抗装备、海洋声环境等水声对抗参与实体的声学特性、战技术性能及作战过程的基础上，设计了一套水声对抗声学仿真系统方案，建立了水声对抗参与实体之间的数据交互及时序控制关系，利用系统仿真、网络通信、计算机仿真及虚拟现实等技术建立了分布交互式的水声对抗声学仿真系统，利用校核、验证与确认（VV＆A）技术对建立的模型进行了充分的校验。该系统的显著特点是在声信号的层次上实现了水声对抗双方的建模与仿真，可用于水声对抗系统的研制、性能检测、效能评估和技术改进，同时也可用于水声对抗过程的模拟训练，具有广阔的应用前景。     

面向OFDM-MFSK水声通信的差错控制方法

多进制频移键控正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing multiple frequency shift keying, OFDM-MFSK)调制能抵抗水声信道中的多径衰落和多普勒效应, 且无需复杂的信道估计与均衡, 适合低成本的水声通信机设计。针对OFDM-MFSK水声通信系统, 提出了一种差错控制编码方法, 具体思想为在使用OFDM-MFSK传输原数据的同时调制子载波的相位以传输另一路编码, 接收端结合两种解调方式, 利用编码的差错图样与校验码实现数据的纠错。相比于其他前向纠错编码, 此种差错控制方法的码长短、编解码复杂度低, 结合OFDM-MFSK调制, 能在保证通信可靠性和实时性的同时降低水声通信系统的实现成本, 适用于低速率水声通信系统的设计。     

面向深空通信的中继协作喷泉码设计

针对未来深空超远距离通信无法建立有效的点对点链路及大路径损耗、大传播延时等难题,提出了一种基于中继协作网络模型下的喷泉编码转发方案。与现有的空间传输协议相比,喷泉码能够以较低的编译码复杂度为下行数据分组提供前向纠删保护,降低确认重传的次数,有效减少传输时延。在地球〖CD*2〗火星通信场景下,对中继编码协作转发方案的复杂度和能量开销进行了性能评估,并在理论上分析了中继卫星的位置对系统性能的影响。仿真结果表明,中继喷泉编码协作转发方案可有效节约深空环境下通信系统的能量开销。     

数字式声纳的实时信号处理

实时数字信号处理是声纳系统中的重要组成部分 ,通过对水声信号的分析处理完成对目标的搜寻和测量。处理过程不仅计算任务繁重 ,I/O数据率高 ,而且数据流分支较多 ,给设计带来了一定困难。介绍了用 DSP处理器阵列进行水声信号实时数字处理的实现方案 ,着重介绍其中的流水线并行处理。     

基于输出可译集的LT码联合度分布优化

喷泉码的编译码性能与其度分布息息相关,基于联合度分布的喷泉码编译码性能明显优于基于单一度分布的喷泉码编译码性能,但目前的联合度分布大多是简单的将两个度分布进行结合。输出可译集的取值波动可以表征喷泉码编译码的性能,本文基于输出可译集的特性设计了优化算法,用以求解泊松分布(poisson distribution, PD)和鲁棒孤子度分布(robust soliton distribution, RSD)结合的最优比例,得到新的度分布。仿真结果表明,相较于RSD,采用优化后的度分布的喷泉码性能有着显著提升。     

基于水下云边协同架构的珊瑚礁监测新机制

珊瑚礁是极具研究价值的海洋生态系统, 水声传感器网络(underwater acoustic sensor networks, UASNs)是监测与保护珊瑚礁系统的有效手段。然而, 随着水下传感设备的大规模应用, 感知数据的类型及数量大幅增加, 传统UASNs架构将原始数据直接上传至水面数据中心的集中处理方式给网络能耗和通信效率带来严峻挑战。本文构建了一种基于边缘计算的水下端边云系统架构, 并提出一种适用于该架构的两级协同珊瑚礁系统监测机制。该架构将复杂处理任务从远程云中心分散至边缘端, 减轻了云端处理负荷。该机制由两级监测环节组成, 同时包含了端侧图像处理和端边协同数据检测策略, 实现了机器学习任务的边缘侧执行和数据的原位处理。实验结果表明, 本文研究能够明显减少网络数据流量, 有效降低网络能耗及传输时延, 显著延长网络生命周期。     

基于反馈信道状态信息的水声自适应OFDMA

在时变水声信道中, 为了提高自适应正交频分多址(orthogonal frequency division multiple access, OFDMA)在时延反馈信道状态信息(channel state information, CSI)条件下的资源分配性能, 提出多节点反馈CSI的时隙复用接入方法, 降低反馈时延; 提出载波时-频相关系数和载波时-频均值两种反馈CSI表征参数, 通过实验数据分析了两种反馈CSI参数及其对水声自适应OFDMA性能的影响; 提出多节点公平的自适应载波、比特、功率联合分配算法, 在最大功率和节点吞吐量约束条件下最小化系统误比特率。仿真和湖上实验数据的结果显示, 所构建的水声自适应OFDMA系统在多种反馈CSI条件下误比特率均低于交织载波分配, 表明其在实际的水声信道应用中具有良好性能。     

正交频分复用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,提出了一种正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)技术和循环移位键控(cyclic shift keying, CSK)技术相结合的调制方式,该调制能很大程度地提高系统的带宽使用率。从理论上对该方法在高斯白噪声信道条件下的误码率进行了分析。同时,采用Chu序列作为扩频序列,通过理论推导得出其峰均功率比(peak to average power ratio,PAPR)的上限为3dB。利用实际湖试测量得到的多径信道模型,与DSSS-OFDM方法进行了误码率性能的分析比较。结果表明,新提出的方法具有很好的抗多径性能,且具有带宽利用率高、复杂度低的特点,适用于中、远程及多用户水声通信。     

基于子波变换的水声信号去噪方法研究

针对水声信号的低信噪比、非平稳性等特点，在对采集到的水声信号进行分析处理的基础上，提出了一种水声信号去噪的方法。该方法首先对采集到的低信噪比水声信号进行滑动取值，分别利用子波变换求功率谱，并进行统计平均，确定代表水声信号特征的频谱分量，去除不稳定的随机频谱分量；然后利用子波反变换将处理后的功率谱变换为时域信号；再利用子波软门限去噪方法去噪。通过仿真验证，获得了较好的效果。     

基于预积分体渲染技术的水下三维声场体可视化

海洋水声环境对海军作战具有重要影响。三维可视化技术能够更直观、有效地刻画和描述海洋水声环境,提高作战指挥人员对环境效应的理解和应用。该技术应用OpenGL的多纹理技术,采用预积分体渲染方法对舰艇水下三维声场进行体可视化表达。在对可视化效果的讨论中发现,采用预积分纹理映射方法在不增加切片数量、不增加绘制时间情况下,提高了图形质量,较好的解决了传统切片纹理映射方法的缺点,使指挥人员能够更加清楚地得到此时舰艇水下声传播规律,声场结构,为其制定战术决策提供可靠的技术支持。     

基于子波奇异性检测的水声信号去噪方法研究

基于低信噪比、非平稳水声信号中，信号的有效频谱是固定的、噪声的频谱是随机的、信号频谱由代表水声信号特征的各基波和其对应的各次谐波构成的特点，提出了利用子波奇异性检测特性实现水声信号去噪的方法。该方法首先对水声信号进行多分辨分解，求取各尺度上信号的频谱成分；然后，根据最大尺度上最高的频谱幅度，确定该尺度上信号的有效频谱成分，再按照基波与谐波的关系，确定其它各级尺度上的有效频谱成分，去除奇异频谱；最后对去除奇异频谱后的信号进行频域．时域变换及子波重构。经对实测水声信号进行仿真，获得了较好的去噪效果。     

连续爆炸式水声干扰弹对抗仿真系统开发研究

以水下武器对抗作战为背景,设计开发了一种以连续爆炸式水声干扰弹为基础、基于声信号仿真的水声对抗仿真系统。在详细讨论了系统的模块组成及其相应仿真功能的基础上,构建出基于分布交互式体系结构的水声对抗仿真系统,特别给出了连续爆炸式水声干扰弹的声学模型与仿真模型,介绍了系统实现上的关键技术,最后以对抗某型鱼雷为例进行了仿真实验,证实了系统设计方案的可行性和有效性。仿真实例表明,该系统具有很好的实验研究功能。