于洋[1]2014年在《高效率水声扩频通信技术研究》文中提出声波是唯一一种能在水下进行远距离传输的信息载体,因此水下声通信技术成为水下信息交互的最主流的技术。由于海水介质的不均匀,气泡,水声生物,洋流,内波和表面波等因素造成了水声信道的特殊及易变的特性。水声通信的特殊性在于水声信道的特殊性,由于海水介质对高频的衰减较为严重,而在较低的频段,海洋环境存在着较高的噪声谱级。这使得适合水声通信的频段极为有限,而换能器工艺的制约又减少或降低了水声频段的使用和效率。信号所使用的中心频率和带宽是随距离变化的函数,通常来讲,随着距离的增加,最优的中心频率和带宽都随之下降。多普勒,多径扩展,时变,频变和空变特性也使水声通信面临着巨大的挑战。扩频水声通信技术通过牺牲了通信的有效性换取了可靠性,其在水声信道这种严重时变和衰落的信道下有着较为稳定和可靠的表现。其应用的在鲁棒水声通信,中远距离水声通信,功率受限的水声通信,保密水声通信和低探测可能性水声通信中,并为多用户通信提供了多址接入的能力。但是传统的扩频水声通信方式有着较低的通信速率,已经逐渐不能满足水下大规模信息交互的需要。本文主要研究的是高速率扩频水声通信技术,文章从四个角度:广义M元扩频,多通道扩频,多载波扩频和基于不同序列的扩频水声通信系统来探讨实现高速率扩频水声通信技术的可能性。传统的M元扩频和码元移位键控(CSK)扩频都是广义M元水声扩频通信技术的一种,它们和直接序列扩频(DSSS)水声技术相比,都在一定程度上改善了扩频增益对通信速率的限制,在同等的抗噪声能力下获得了通信速率的提高。本文提出一种基于两种技术相结合的M元CSK扩频水声通信技术。通过将两种技术的结合,在扩频增益对通信速率的制约上获得了比传统M元扩频和CSK技术更好的效果,并且更充分的使用了序列的自相关特性和互相关特性,提高了水声通信系统的通信速率。多通道扩频技术将成倍的提高扩频水声通信系统的通信速率。本文研究了正交双通道技术和M元多通道技术。本文提出了一种基于m序列联合利用码元相位信息的正交双通道技术,并在CSK和M元CSK两种技术上得到了应用。结果显示,通过正交双通道和联合利用码元相位信息的方式能够在最小化干扰的情况下有效的提高通信速率。多载波扩频技术能够有效的提高频谱的利用率,在频域使用高效的信号处理和均衡算法,能够更灵活的设计频谱并根据信道情况进行有效的功率分配。本文主要对载波交迭的多进制频移键控(MFSK),频域扩频水声通信和广义多载波扩频水声通信进行了研究。结果显示,多载波系统在同等的功率下可以获得更好的性能。每一种扩频水声通信方式都有与之对应的最优伪随机序列。首先根据使用m序列的CSK系统不能有效的利用码元相位信息这个特点,从改进序列的角度出发,提出了基于Legendre序列的CSK扩频水声通信系统,并获得了较好的效果。根据脉冲位置调制(PPM)水声通信系统利用的是序列的非周期自相关特性的特点,提出了基于N-H序列的PPM扩频水声通信系统。在此基础上,加入了虚拟时间反转镜技术。其次,也研究了不同码相位对扩频水声通信的影响,并讨论了一种基于不同码本的变速扩频水声通信系统。
周叁文[2]2003年在《水声扩频通信系统仿真研究》文中研究指明本文主要对扩频技术在水声通信中的应用做了一些仿真研究。论文首先分析了海洋水声信道的特点，论述了时变多径是水声通信面临的最大困难；接着讨论了扩频的基本问题，并从抗干扰，抗衰落，发信功率和信号处理等方面考虑，选择直接序列扩频作为水声扩频通信系统的扩频方式；然后对扩频信号的同步做了详细的讨论，并提出了一种有效的同步方法；最后对低速和高速两种水声扩频通信系统进行了系统设计与仿真分析。仿真结果表明：在没有与其他抗多径技术相结合的情况下，扩频技术在低速水声通信中表现出了很好的抗多径效果；而在高速水声通信中，由于多径引起了多址干扰(MAI)，表现出的抗多径效果不是很理想。
宋磊[3]2008年在《扩频技术在水声遥控中的应用研究》文中进行了进一步梳理随着海洋开发和国防建设的进一步发展,水声遥控系统的研究以及应用越来越广泛。然而,由于海洋信道的复杂性,尤其在浅海信道中,存在严重的多径干扰和海洋环境噪声干扰,实现可靠的水声遥控比较困难。扩频技术是一种能在低信噪比条件下有效抗多径的通信技术,它的隐蔽性和低截获概率性能,也使得它在水声遥控系统中的应用越来越受到重视。本文主要探讨直接序列扩频技术(简称DSSS技术)在水声遥控系统中的应用,目的在于利用扩频技术解决水声信道的多径扩展问题,以提高遥控系统的可靠性,同时获得扩频增益以提高系统的作用距离。本文完成的主要工作包括水声扩频遥控系统方案设计与仿真和数字信号处理平台的软硬件设计与实现两部分。首先,讨论了扩频通信技术的基本原理及发展现状,并对扩频通信中的关键技术进行了重点讨论和仿真。然后,给出了水声扩频遥控系统的设计方案,确定了系统的工作频段,选择了直接序列扩频作为水声遥控系统的扩频方式,采用了m序列作为扩频序列,并在Simulink仿真环境下建立了水声扩频遥控系统仿真模型,对系统的误码率和抗多径性能进行了仿真分析。最后,完成了水声遥控系统接收端软硬件部分的设计,包括基于DSP和FPGA芯片的硬件平台的构建、各接口电路的设计以及接收端数字信号处理程序设计。
杨倬[4]2006年在《基于扩频技术的水下通信技术研究》文中研究说明随着水声通信的应用领域不断扩展，水声通信技术的研究成为现在水声技术的研究热点。水声信道的多径效应，使信号产生严重的衰落效应是影响水声通信系统性能的主要因素。解决水声信道的多径干扰是水声通信研究的关键技术难题。目前抗多径干扰技术主要有，扩频技术、均衡技术、分集技术等。其中扩频技术是一种十分有效的抗多径干扰技术，另外，扩频技术还有很好的多址性能，因此也是构建水下通信网络的关键技术。 本文主要研究将直扩技术应用于水声通信系统中进行数据传输的可行性及性能。论文首先对海洋水声信道的特性进行研究：研究了水声信道传输特性及其对水声通信的影响；研究了水声信道的衰落特性和水声相干多途信道模型；仿真给出两组中近程浅海水声信道模型。接着论文对扩频基本理论和π／4四相移键控(π／4 QPSK)调制方式进行研究，并根据水声信道特性提出了一种应用于水声通信系统的DS—π／4 QPSK调制方式。论文还对信道编码技术、扩频系统的同步技术和RAKE接收技术进行了研究，提出了一种用威拉德序列做同步头来完成系统同步定时及信道多径时延估计的方案。最后提出了基于DS—π／4 QPSK调制方式和RAKE接收机的水声扩频通信系统方案的设计，并在两组中近程浅海水声信道中仿真分析了该系统性能，结果证明该方案满足系统要求能够实现中近程水声数据传输。
王笛[5]2017年在《复合序列水声扩频算法设计与仿真研究》文中提出水声扩频通信是实现水下信息传输的主要手段之一,扩频序列设计在扩频技术中扮演着重要角色。为此,本文对水声扩频通信技术中的扩频序列开展研究,以期获得保密性能更好,抗干扰能力更强的扩频序列。本文在充分分析比较文献中已有的水声扩频通信编码技术的基础上,提出了一种基于规则30初等元胞自动机和类Walsh序列的新型复合序列。计算了该复合序列的相关函数,通过与叁种传统扩频序列m序列,混沌序列,规则30初等元胞自动机生成的伪随机序列进行比较,分析了它的自相关性和互相关性。随后,应用MATLAB构建了水声直接序列扩频仿真系统。基于该仿真系统,在不同信道情况下,计算了系统信息传输的误码率,分析了基于复合序列的扩频系统的抗干扰性能。理论和仿真分析表明:(1)复合序列复杂度更高,保密性更好,抗截获能力更强;(2)复合序列具有优良的自相关性和互相关性;(3)复合序列具有较强的抗高斯白噪声干扰能力和抗多普勒频移能力;(4)经过优选后的复合序列抗单音干扰能力、抗多途干扰能力优于上述3种扩频序列;(5)在同等条件下,单音干扰频率与载波频率相同时,系统误码率最大;(6)在系统的有效工作频带内,随着多普勒频移的增大,系统误码率增大;(7)当多途路径延时相比主路路径的延时大于扩频码码元宽度时,随着多途干扰能量的增大,系统误码率增大。
宗振[6]2017年在《混沌水声扩频通信的关键技术研究》文中研究表明随着“海洋强国”战略的提出以及国家对于海洋权益的不断重视,水声通信作为海洋通信的主要手段之一,正受到越来越多的关注和讨论。水声通信能够有效帮助海军舰艇、深潜器、探测器等进行语音和图像交流,是一项十分重要且各国竞争日趋激烈的通信方式。但是多途干扰、多径效应等因素严重阻碍了水声通信的发展,扩频技术作为目前抗多途干扰的叁种主要技术之一,得到了广泛的应用。它由于具有很好的多址性能,同时抗干扰性强,隐蔽性高,误码率低,因此适合多径效应显着、多途干扰严重的水声通信。然而扩频码也存在着很多问题:例如码数目有限、相关函数性能较差、保密性能差而导致易破译等等。混沌序列由于对初值、参数的高度敏感,线性复杂度高且数目众多,它的相关函数性能优于扩频码。此外,混沌序列不易被捕获和跟踪,保密性强。因此与传统扩频码相比,混沌扩频序列更加适合复杂多变的水声信道。本文将混沌序列与扩频技术相结合,并应用于水声通信中。针对混沌水声扩频通信系统存在的几个关键问题:混沌序列的产生;序列的量化转换;序列的同步;接收端的同步捕获;系统各模块的设计与搭建,做了大量的理论推导与研究。提出了混沌同步扩频通信系统、新型序列量化方法、新型双混沌序列、新型同步捕获滤波器设计方法、系统模块及总体设计,并利用仿真工具进行性能分析与比较。结果表明,新型量化方法无论在平衡性或相关性上都占据优势;新型滤波器在保证性能的条件下能够简化结构,减少资源消耗;新型混沌扩频码的误码率比传统扩频码都低,进一步验证了混沌序列与扩频技术相结合并应用于水声通信的可行性。
唐泽建, 杨曦, 高强[7]2010年在《低速水声扩频通信系统仿真研究》文中研究表明多径干扰是影响低速水声通信系统的关键问题。文章对低速水声扩频通信系统进行了设计和仿真分析,结果表明,直接序列扩频技术是低速水声通信系统抑制多径效应的一种有效措施。
胡飞[8]2017年在《基于多元LDPC码水声扩频通信系统仿真》文中进行了进一步梳理随着人口膨胀性的增长,而可供开采的陆地资源逐步枯竭。由于70%的地球表面都是海洋,其蕴藏着丰富的海洋资源,各国纷纷加快对海洋的探索和开发步伐。集海洋学科、信息学科为一体的水声技术作为海洋开发的主导技术之一越来越受到各国的重视,但水下信道是一个极其复杂的时-空-频变参多径衰落信道,极大的制约了水声信号在高速率,远距离,低误码的传输。当前,信道纠错编码技术对于无论是相干调制,还是非相干调制方式下的水声通信系统都是不可缺少的关键技术。针对水声信道的特征,将LDPC码应用到扩频水声通信系统中,可以提高系统的频带利用率和可靠性。低密度奇偶校验(LDPC)码具有:结构简单、编码增益高、在高斯信道下接近香农限的性能和强大的纠错能力;抗突发性差错的特性,不需加入交织器,避免可能带来的时延且在频率选择性衰落信道中具有良好的性能;译码是并行的,延时远远小于传统Turbo码的串行迭代译码算法。LDPC码可降低在水声信道传输时的信号失真,展现出良好的应用前景。水声信道的多径干扰会对信号产生严重的衰落,是现代水声通信发展的瓶颈之一。扩频技术、均衡技术、分集技术等是目前发展较为成熟的抗多径干扰技术。扩频技术既能有效的抗多径干扰,又有很好的多址性能,也是构建水下通信网络的关键技术。论文首先介绍包括传播损失、信道噪声、多径干扰、多普勒效应等水声信道的基本特征,并对频率选择性衰落、时间选择性衰落、瑞利信道衰落特性进行定量的描述,建立了时变的水声信道模型;其次,提出一种V型结构的QC-LDPC码校验矩阵的构造方法,通过迭代编码来实现线性编码,降低编码的复杂度,并对LLRBP译码算法进行改进,提供准确的译码信息;在基于扩频的基础上,加入LDPC码信道纠错编码技术,设置仿真参数,验证分析不同阶域的LDPC码的纠错性能以及LDPC码结合扩频技术应用在水声通信中的优势;最后,介绍了包括MC-CDMA、MC-DS-CDMA、MT-CDMA的多载波扩频理论,并比较其优缺点,最终提出LDPC码MT-CDMA多载波扩频水声通信系统,设置仿真参数,在不同码长、不同调制方式下进行仿真,对比RS码下系统的误码率,证明本文提出的系统优化具有一定的合理性和实用性。
王蕾[9]2009年在《并行组合扩频水声通信技术研究》文中认为随着海洋资源的开发和人类对海底世界的探索,水声通信技术成为如今的研究热点。水声信道较无线电通信信道要复杂的多,由多途扩展引起的码间干扰是限制水声通信发展的主要障碍。此外,水声信道的可用带宽十分有限,尤其是在中远程低信噪比通信过程中,通信速率受到了极大的限制。扩频通信具有的强抗干扰能力,抗多径干扰,低信噪比环境工作以及码分多址等一系列优点使其在水声通信领域有着广阔的应用前景,但由于扩频通信是通过牺牲带宽来换取信噪比的一种工作方式,因此,扩频技术在水声通信中的发展比较缓慢,目前主要应用于一些低速水声通信系统中。如何充分利用有限的频带资源提高传输效率,成为发展中远程水声通信技术的重点研究问题。并行组合扩频技术是最近几年发展起来的具有较高的传输效率和频带利用率的一种软扩频通信方式,适合于在军事保密通信、猝发通信以及频带受限的环境中使用。本文重点研究了并行组合扩频技术的基本原理及其数据映射算法,并首次将其应用到水声通信领域中,在仿真环境下构建了并行组合扩频水声通信系统,大幅度改善了以往水声扩频通信系统传输效率不高的问题。通过仿真实验,验证了该通信系统在中远程浅海水声信道中的稳定性和可靠性。针对并行组合扩频系统的数据映射算法复杂度高、工程实现难度大,本文设计了分组M元扩频通信方式,其工作原理与并行组合扩频系统相类似,只是数据映射算法不同。通过建立分组M元扩频水声通信系统,并对该通信系统进行了大量仿真实验,充分验证了该通信体制的可行性。此外,本文还重点讨论了映射序列扩频方式的工作原理与性能,并将映射序列扩频方式应用到并行组合扩频水声通信系统中,改善发射信号的峰值平均功率比,降低传输差错概率。而且本文针对其出现的问题提出了优化扩频码集的具体方案,使其能够更好的适应在并行组合扩频系统中的应用。最后,结合映射序列扩频方式的工作特点,本文还对其在水声通信网络中主节点对传感器节点传输控制信息以及多址接入协议中的应用进行了探索性研究,旨在为映射扩频方式在水声通信领域的应用开辟更广阔的应用前景。
田甜, 张亮, 曾岩艳[10]2009年在《基于DS-DPSK的水声扩频通信系统仿真》文中研究指明水声信道是一种多途、时变和频散的信道,声波在其中的传输行为十分复杂,在水声通信中,扩频通信具有可靠性高、隐蔽性好、抗多径能力强等特点,适合于远程或低信噪比情况下的通信。文中设计了DS-DPSK水声通信系统的方案,并给出系统性能仿真结果。
参考文献：
[1]. 高效率水声扩频通信技术研究[D]. 于洋. 哈尔滨工程大学. 2014
[2]. 水声扩频通信系统仿真研究[D]. 周叁文. 西北工业大学. 2003
[3]. 扩频技术在水声遥控中的应用研究[D]. 宋磊. 哈尔滨工程大学. 2008
[4]. 基于扩频技术的水下通信技术研究[D]. 杨倬. 西北工业大学. 2006
[5]. 复合序列水声扩频算法设计与仿真研究[D]. 王笛. 大连理工大学. 2017
[6]. 混沌水声扩频通信的关键技术研究[D]. 宗振. 浙江海洋大学. 2017
[7]. 低速水声扩频通信系统仿真研究[J]. 唐泽建, 杨曦, 高强. 舰船电子工程. 2010
[8]. 基于多元LDPC码水声扩频通信系统仿真[D]. 胡飞. 昆明理工大学. 2017
[9]. 并行组合扩频水声通信技术研究[D]. 王蕾. 哈尔滨工程大学. 2009
[10]. 基于DS-DPSK的水声扩频通信系统仿真[J]. 田甜, 张亮, 曾岩艳. 舰船科学技术. 2009
标签：计算机软件及计算机应用论文; 通信论文; 系统仿真论文; 直接序列扩频论文; 水声通信论文; 扩频技术论文; 通信系统论文; 多径效应论文; 信道带宽论文; 信道估计论文; 通信技术论文;