学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

多途信道中Pattern时延差编码水声通信研究

作　者: 殷敬伟
导　师: 惠俊英
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: 水声通信 Pattern时延差编码体制时间反转镜多用户水声通信分数阶Fourier变换移动水声通信
分类号: TB567
类　型: 博士论文
年　份: 2007年
下　载: 688次
引　用: 9次
阅　读: 论文下载

内容摘要

水声信道是随机时变、空变的，其界面反射和声线弯曲导致多途扩展，由多途扩展产生的码间干扰是水声通信的主要障碍之一。为了获得高速率、低误码通信，必须抑制码间干扰。Pattern时延差编码(PDS)通信体制，利用Pattern码片出现在码元窗的时延差值进行时延编码，占空比小，可节省功耗；并且采用码元分割，使得每个携带信息的基本码元均具有抗码间干扰的能力，有效地降低了水声信道的码间干扰，并且可克服多途衰落及噪声干扰。提出将其与混沌扩频相结合，构成一种适用于水声环境的通信方案，既获取了扩频通信的一系列优良特性，又明显提高了扩频通信速率，可胜任远程水声通信；其多通道工作方式可实现多用户网络化水声通信。时间反转镜是近几年来在水声信号处理方面出现的一项新技术，其最大的优点是在没有任何先验知识的情况下具有自适应匹配声信道的作用。本文从频域和时域两个角度分析了时间反转镜阵处理原理及其时间压缩、能量聚焦的特性，并对阵处理增益进行了推导。传统的时间反转镜是主动式的，要求阵元收发合置，且信号需两次经过信道，效率低下，而阵处理则进一步增加了系统的复杂性，难以满足水声通信节点追求结构简单、低功耗的要求。为克服上述弊端，推进时间反转镜在水声通信中的实用性，本文提出单阵元被动式时间反转镜(PTRM)和虚拟式时间反转镜(VTRM)，并对单阵元时间反转镜的聚焦增益进行了推导，对主动式、被动式和虚拟式时间反转镜进行了类比分析。其中，本文提出的被动式时间反转镜也不同于文献中介绍的，打破了其要求探测码与信息码的波形保持一致的限制。将单阵元被动式时间反转镜和虚拟式时间反转镜技术应用于Pattern时延差编码体制及其与混沌扩频相结合的通信系统，可以聚焦多途信号，实时实现自适应信道均衡，从而抑制码间干扰、提高信噪比，实现稳健的水声通信。基于此通信系统，本文提出了多用户水声通信方案，对实现网络化水声通信具有重要意义。基于对分数阶Fourier变换(FRFT)的理论、性质的分析，研究了分数阶Fourier变换在存有大多普勒频偏时的高速移动水声通信中的应用，包括提出将其应用于声信道参数估计、水声通信同步检测及应用于Pattern时延差编码通信体制中。研究了深海声道特性，提出将通信固定节点置于声道轴以获取会聚增益，可提高通信距离。在此基础上，结合时间反转镜信道均衡技术及混沌扩频Pattern时延差编码体制，设计出深海远程水声通信方案。本文对采用的各水声通信关键技术在深海或浅海水文条件下进行了仿真研究，并通过2次松花湖通信试验，对各水声通信关键技术及通信方案进行了湖试验证。另外，进行了移动水声通信试验，验证了单阵元时间反转镜在收、发节点间存在相对低速运动时的适用性及TRM-PDS系统的鲁棒性。

全文目录

摘要  5-7
Abstract  7-12
第1章绪论  12-29
  1.1 引言  12-13
  1.2 水声信道特性  13-19
    1.2.1 相干多途信道  13-14
    1.2.2 浅海声信道  14-16
    1.2.3 深海声信道  16-19
  1.3 国内外水声通信发展简介  19-21
  1.4 水声通信关键技术简介  21-27
    1.4.1 Pattern时延差编码水声通信体制  22-23
    1.4.2 时间反转镜信道均衡技术  23-25
    1.4.3 分数阶Fourier变换及其应用  25-26
    1.4.4 矢量水声通信技术  26-27
  1.5 论文研究内容  27-29
第2章 Pattern时延差编码通信体制及通信方案  29-52
  2.1 Pattern时延差编码通信原理  29-37
    2.1.1 PDS体制编码原理  29-30
    2.1.2 多频道PDS水声通信  30-31
    2.1.3 PDS码体制  31-32
    2.1.4 PDS体制译码原理  32-37
  2.2 PDS体制抗多途性能分析  37-39
  2.3 Pattern码型选取分析  39-41
    2.3.1 Pattern码型选取  39-41
    2.3.2 Pattern码型选取受限条件  41
  2.4 M元混沌扩频Pattern时延差编码通信  41-48
    2.4.1 混沌扩频码的产生  42-44
    2.4.2 多通道M元扩频PDS通信原理  44-48
  2.5 计算机仿真实验  48-50
  2.6 本章小结  50-52
第3章时间反转镜原理及其在水声通信中的应用  52-92
  3.1 时间反转镜原理  52-60
    3.1.1 时间反转镜基阵处理原理  52-58
    3.1.2 单阵元时间反转镜及聚焦增益分析  58-60
  3.2 时间反转镜分类  60-67
    3.2.1 主动式时间反转镜(ATRM)  60-62
    3.2.2 被动式时间反转镜(PTRM)  62-64
    3.2.3 虚拟式时间反转镜(VTRM)  64-67
  3.3 各类时间反转镜性能类比分析  67-69
  3.4 时间反转镜技术在水声通信中的应用  69-79
    3.4.1 时间反转镜PDS通信系统(TRM-PDS)  69-74
    3.4.2 时间反转镜多用户水声通信  74-79
  3.5 计算机仿真实验  79-90
    3.5.1 深海远程水声通信仿真实验  79-81
    3.5.2 浅海通信仿真实验  81-90
  3.6 本章小结  90-92
第4章分数阶Fourier变换移动水声通信技术  92-107
  4.1 分数阶Fourier变换原理及性质  92-94
  4.2 基于FRFT的水声信道参数估计  94-98
    4.2.1 FRFT估计声信道参数原理  94-95
    4.2.2 信道参数估计仿真研究  95-98
  4.3 FRFT在移动水声通信同步检测中的应用  98-101
  4.4 分数阶Fourier变换在Pattern时延差编码体制中的应用  101-106
    4.4.1 FRFT在PDS体制中的应用  101-104
    4.4.2 FRFT-PDS通信仿真研究  104-106
  4.5 本章小结  106-107
第5章水声通信系统试验研究  107-124
  5.1 水声通信湖试概况  107
  5.2 单阵元被动式时间反转镜PDS通信试验  107-111
  5.3 混沌扩频Pattern时延差编码通信试验  111-114
  5.4 移动水声通信试验  114-121
    5.4.1 移动通信中单阵元被动式时间反转镜应用分析  115-116
    5.4.2 移动通信中信道时变特性分析  116-119
    5.4.3 运动速度估计及测时补偿  119-120
    5.4.4 移动通信湖试结果  120-121
  5.5 FRFT-PDS通信系统试验  121-123
  5.6 本章小结  123-124
结论  124-126
参考文献  126-144
攻读博士学位期间发表的论文和取得的科研成果  144-147
致谢  147

相似论文

水声通信网络MAC协议研究,TN929.3
基于水声通信OFDM系统峰均比抑制方法及其性能研究,TN919.3
时反OFDM水声通信方法及实验研究,TN929.3
高速水声通信系统设计与仿真,TN929.3
基于分数阶Fourier变换的SAR回波信号的检测与时频滤波方法研究,TN957.51
基于混沌序列的数字视频水印算法研究,TP309.7
基于时反垂直阵的运动多目标定位技术研究,U666.7
分数阶Fourier变换在水声定位中的应用,TN912.3
时反镜扩频水声通信技术研究,TN929.3
水下目标特征提取与线谱跟踪技术研究,TN911.7
希尔伯特黄变换在水声通信中的应用,TN929.3
分数阶傅立叶变换用于信号分析的研究,TN911.6
基于分数阶Fourier变换的相干信号空间谱估计技术研究,TN911.7
TRM声聚焦波束形成的噪声源定位技术研究,TB566
基于LMS的离散分数阶Fourier变换移动算法研究,TN911.6
基于分数阶Fourier变换的LFM信号的DOA估计分析,TN911.23
分数阶Fourier变换在三维模型处理中应用,TP391.41
分数阶小波变换及应用研究,TN911.7
宽带雷达LFM信号回波检测研究,TN957.51
水声传感器网络MAC协议研究,TP212.9
聚焦波束形成声图测量技术研究,TB52