水声通信信道中的OPNET建模与仿真

针对水声通信网络信道的实现开销大、复杂性高的特点,提出了一种能够仿真分析水声通信网络的有效方法.该方法分别使用OPNET中的Propagation-Delay-Stage,Receiver-Power-Stage和Background-Noise-Stage三个工具来仿真水声信道中的传播延迟、发射机功率和水声噪声(水声噪声包括紊流、船运、风波和热噪声).其中,Propagation-Delay-Stage采用MacKenzie速度模型;Receiver-Power-Stage中有Thorp,Schulkin&Marsh和Francois&Garrison 3种传播损失模型.在该方法中,首先仿真比较了取不同传播损失模型时的水声信道,然后根据仿真结果选择一个合适的水声信道,并采用MACAW协议来仿真水声通信网络.最后,通过仿真实验对整个水声通信网络的吞吐量、误码率、丢包率进行了分析.实验结果表明,采用该方法能够有效地仿真水声通信网络.     

应用于水声OFDM通信系统的基于维纳滤波的信道估计

为了进一步提高水声OFDM通信系统的性能,本文主要研究了水声OFDM通信系统中基于维纳滤波的信道估计算法.该算法结合了水声信道的特点,采用梳状导频图案,对传统的LS算法进行了改进.在完成计算机仿真的基础上,该算法还在实际的水声信道厦门大学实验水池和厦门港浅海域进行实验.实验结果表明,该信道估计算法具有较好的精确度和稳定性,能够有效提高水声OFDM通信系统的性能.     

水声通信技术研究进展

介绍水声通信技术的发展历程与技术现状.围绕水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室(厦门大学)水声通讯课题组的研究方向,介绍课题组在水声信道传输特性与匹配方法,水声语音、图像、数据通信技术研究,水声网络与立体通信等领域的研究进展和研究成果.     

浅海水声通信网的FH-CDMA方案研究

首先简要介绍了水声通信网的概念和设计要求，然后对水声通信网的多址技术进行了探讨，提出了一种稳健的、适用于浅海水声通信网的跳频码分多址(FH-CDMA)方案．通过对浅海水声信道进行建模仿真，并在此基础上构建网络仿真系统，分析并比较了FH-CDMA方案在不同传输条件下的水声信道中的性能．仿真实验表明：在浅海信道环境下该方案具有较强的适应性．     

浅海声信道特性研究

研究了浅海声信道特性.水声信道特性直接影响水下目标探测、定位、跟踪和水声通信的性能,通过仿真研究分析了信道频率特性呈梳状结构及信道多途扩展特性,并分析了收、发节点的布放位置对声信道特性的影响.以信道的互相关函数描述不同时刻信道之间的相关性,通过湖试数据分析了信道的时变特性.     

基于深度神经网络的高环境 适应性水声通信系统研究

深度神经网络中的自动编码器(Autoencoder,AE)通过收发端两个神经网络模块进行全局优化,利用端到端的训练方式以提高通信系统的可靠性.然而,现有对AE的研究未针对信道进行特殊设计,尤其对于时变的水声信道的多径效应,难以进行灵活调整,降低了该方法的实用性.本文提出一种提高水声通信系统信道环境适应性的Attention-Autoencoder网络模型,基于Attention网络可以高效地从大量信息中筛选出关键信息的特点,设计了一种针对水声信道的Attention机制,该机制能够增加网络提取水声信道特征的能力,使系统的适应性大大提高.仿真验证和湖试实验结果表明,基于Attention-Autoencoder网络模型的通信系统与基于文献中AE模型和没有引入神经网络的水声通信系统相比,具有更高的信道环境适应性.     

浅海水声信道中Turbo码性能研究

针对复杂多变、强多途和大起伏的浅海水声信道,本文建立了包括时变衰落、多途和加性干扰在内的信道仿真模型及Turbo码编/译码结构.通过计算机仿真,研究了浅海水声信道中的Turbo码性能及Turbo码性能随多途效应、衰落率和信道交织器等的变化.结果表明:在水声通信可接受的信噪比范围内(10～20 dB),Turbo码具有良好的性能(误比特率小于10-4);浅海水声信道中,Turbo码性能随多途路径数的增加而下降;Turbo码性能随衰落率的减小而略有下降;浅海水声信道中,信道交织器可改善Turbo码性能,并弥补由于衰落率不同而造成的性能差异.     

基于粒子群算法的认知水声通信多信道联合频谱感知技术研究

水声信道可用通信带宽极其有限,如何实现对水下频谱资源的有效共享成为亟需解决的问题,认知水声通信的提出为其指明了新的方向。考虑到水声信道严重的频率选择性衰落和多径效应等特殊性,将多信道联合频谱感知技术应用于认知水声通信中,研究了适用于水下的多信道联合感知的数学模型,并将此模型转换为以认知水声通信系统总吞吐率最大化为目标的带约束优化问题,进而提出了基于粒子群优化方法的多信道联合感知算法。仿真实验表明在相同的干扰条件下,新算法比传统未使用优化而取一致判决门限的水下频谱感知方法能取得更高的系统总吞吐率。     

一种提高水声通信系统信道环境适应性的Attention-Autoencoder模型

提出一种Attention-Autoencoder模型并应用于系统中.将Attention模型与信道统计信息的相关先验知识结合,在接收端引入注意力(Attention)模块筛选有效数据从而增加网络提取特征的能力.基于Bellhop水声信道模型开展了不同信道环境的仿真实验验证,在测试集与训练集相差较大时,Attention-Autoencoder模型的水声通信系统具有较低误码率,具有较好的环境适应性.     

水声OFDM通信系统中一种新的信道估计方法

研究了水声正交频分复用(OFDM)通信系统中的信道估计问题。通过分析水声信道的稀疏性结构特点及其统计特性,获得了基于最小误判的最优筛选门限。利用该门限能够最大限度地判别非零值信道抽头位置。在此基础上,采用结构LS方法进一步对非零值抽头进行精确估计,从而获得水声信道的精确估计值。通过计算机仿真,在两种不同稀疏信道情况下,验证了文中算法的有效性。该算法简单、快速,便于实际应用。     

基于OFDM和SC—FDE技术的水声通信系统研究

在介绍正交额分复用（OFDM）技术和单载波频域均衡（SC—FDE）技术原理的基础上,分析了两种技术的特点。以克服多途干扰、实现水声通信的高速率传输为目的,研究了在现有水声信道模型中两种技术的可靠性、有效性及抗多径能力。仿真结果表明,它们均具有较强的抗多径干扰能力。正交额分复用和单载波频域均衡技术在现代高速水声通信中应具有很好的发展前景。     

凸组合实时判决反馈稀疏水声信道盲均衡算法

针对高速水声通信信道稀疏特性,提出了一种凸组合实时判决反馈盲均衡算法。将盲均衡器分为保持均衡器支路和稀疏均衡器支路,以保持均衡器能量和权系数的瞬时梯度为判据,对稀疏均衡器支路对应抽头进行实时稀疏化处理。算法中避免设置稀疏化阈值,对不同稀疏水声信道和通信信号具有通用性,且对于时变稀疏水声信道可以利用保持均衡器支路恢复稀疏均衡器支路置零抽头系数,使算法对信道具有较强跟踪和冷启动能力。典型稀疏水声信道条件下的仿真结果证明,凸组合实时判决反馈稀疏水声信道盲均衡算法性能稳健,与全阶判决反馈盲均衡算法相比,计算简单,收敛速度快,稳态剩余误差小,有利于算法在水声通信系统中的推广应用。     

Modeling and Simulation of P-Aloha,CSMA/CA and MACAW Protocols for Underwater Acoustic Channel

Medium access control( MAC) protocol of underwater acoustic communication network is a key technology for underwater acoustic networks( UANs). Most of the MAC protocols for wireless terrestrial communication networks have been designed with negligible propagation delay. If it is deployed directly in an underwater environment,the UANs will perform inefficiently. In this paper,the characteristics of underwater acoustic channel are modeled and simulated by using the OPNET simulation tool,which are the speed of sound, propagation loss, and four sources for ambient noise: the turbulence,shipping,wind driven waves and thermal noise. The performance of pure Aloha( P-Aloha),carrier sense multiple access with collision avoidance( CSMA / CA) and multiple access collision avoidance for wireless local area network( MACAW) protocols in underwater acoustic channel environment are evaluated. The different performance of protocols in underwater environment is compared in the simulation.     

基于水声的水下无线通信研究

介绍在水声随机多途径传输的信道中,基于水声的水下无线通信的方法及其实现。海洋环境的水声信道不仅是一个极其复杂的时-空-频变随机多途径传输信道,尚有环境噪声高、带宽窄、载波频率低、传输延时大等因素制约数据传输速率。介绍的通信方法及支持实现的关键技术,都对这些方面的影响予以考虑。做出的语音、图像以及数据3种不同的应用系统,多数已通过海上实验,效果良好,可实际应用。并指出国际上技术先进的国家致力这领域研究的也仅在最近才有极少数取得重大突破,该结果展示它与国际近于同水平同步地进展。     

基于联合频分复用的水下多载波调制技术

目前水声通信的OFDM调制是一种高效率的多载波调制技术,但严格要求子载波正交,对频偏敏感.水声通信中主要采用多普勒补偿或增加子载波滤波器的方法解决多普勒频移的问题,实现复杂.本文从新的角度,即增大子载波间间隔角度研究减小子载波间干扰(ICI),提出一种联合频分复用(C-FDM)方法,将多个OFDM子载波模块联合形成一个C-FDM子载波模块,并将频率相同的子载波放在相邻位置.在C-FDM和OFDM符号长度相同情况下,C-FDM的子载波间隔更大,不需要增加复杂补偿算法,就能有效提高抗多普勒频移能力.仿真结果表明C-FDM技术在水声信道中有更优良的误码率性能.     

水声软频率复用网络的干扰缓解与资源分配

为降低基于频率复用水声网络系统的小区间干扰,以及提高系统平均吞吐量,提出了一种基于时延差的软频率复用(T-soft frequency reuse,T-SFR)系统,对小区间的干扰抑制和小区内的自适应资源分配两个问题进行优化.在小区间,提出了T-SFR利用不同信道之间的时延差进行干扰缓解,并基于水声信道的路径损耗进行频带分配.在小区内,针对水声信道的时变特性带来的反馈信道状态信息(channel state information,CSI)延迟的影响,建立了一种线性有限状态马尔可夫链(linear fi-nite state Markov chain,LFSMC)预测器,以获得更准确的CSI用于自适应资源分配.仿真结果表明:与传统的频率复用方案相比,提出的T-SFR方案可以保证小区边缘节点对信干噪比(signal to interference noise ratio,SINR)的要求,有效缓解小区边缘节点的干扰;在建立LFSMC预测器获取更准确CSI的基础上,时变水声网络的每个小区内以及整个系统都能够获取更优的平均吞吐量.     

水下声学无线传感器网络的设计和性能分析

为了分析水下声学无线传感器网络在受到干扰情况下的性能,介绍了影响网络性能的相关干扰因素,设计了物理层水声通信干扰模型,建立了基于频率相关的路径损耗和Ricean衰减的信道模型,研究了可作为网络连通标志的覆盖范围、端到端帧误差概率、功率和带宽需求之间的关系,分析了节点受同层其他节点通信干扰下的网络性能。通过仿真实验验证了所设计模型的可行性。实验数据表明,通过优化通信工作功率和节点密度,能够确保网络正常运行,提高网络的可靠性。     

基于时间反转的水声信道判决反馈均衡算法

水声通信系统中多径扩展对水声信号传输有不利影响,而传统自适应均衡器不能实时补偿信道时变多径效应,因此利用时间反转技术的空时聚焦性,将时间反转技术与T/2分数间隔判决反馈均衡器相联合,构建了基于时间反转的水声信道判决反馈算法。仿真实验说明该算法可抑制码间干扰,降低误码率,验证了新算法的正确性和有效性。     

存在多流干扰的水声信道信号检测初探

为提高海洋水声通信系统的传输速率,采用并行多发射源技术是可行方案之一,其存在的困难是接收信号存在多流干扰,海洋水声信道又存在比较严重的多途径干扰,因此须对接收端信号检测器的抗多流及抗多径性能进行全面考察.初步研究了正交动态滤波器的抗多流和多径干扰的能力,在无多径干扰的情况下,理论分析和仿真结果均显示其在检测信号的同时可以完全抑制多流信号的干扰,在存在多途径干扰的情况下,仿真结果显示其信号检测能力及抗多流干扰能力虽有所下降,但是,在多途径效应不是特别严重的情况下,仍可正确地检测出所需信号.