一种多载波跳频水声通信系统的级联码方案

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一种水声通信信号调制模式识别方法

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓａｒｔｉｃｌｅｄｉｄａｒｅｓｅａｒｃｈｏｎｔｈｅｍｅｔｈｏｄｏｆｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｐａｒａｍｅｔｅｒｏｂｔａｉｎｍｅｎｔ．ＢａｓｅｄｏｎＷａｖｅｌｅｔ
（１．通信信息控制和安全技术重点实验室，浙江嘉兴３１４０３３；２．中国电子科技集团公司第三十六研究所，浙江嘉兴３１４０３３；
３．厦门大学信息科学与技术学院水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，福建厦门３６１００５）
Ｔｒａｎｓｆｏｒｍ，ｉｎｓｔａｎｔａｎｅｏｕｓｐａｒａｍｅｔｅｒｅｘｔｒａｃｉｏｔｎａｎｄｈｉｇｈｅｒ —ｏｒｄｅｒｃｕｍｕｌａｎｔｓａｒｅｕｓｅｄｔｏｒｅｃｏｇｎｉｚｅｔｈｅＵｎｄｅｒｗａ —
识别性能。
关键词：水声信号；小波变换；支持向量分类器；制式识别
中图分类号：ＴＮ９１１．３文献标识码：Ａ
ＯｎｅＭｅｔｈｏｄｏｆＳｔａｎｄａｒｄＲｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎｏｆＵｎｄｅｒｗａｔｅｒＡｃｏｕｓｔｉｃＳｉｇｎａｌ
ｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｒａｔｅｏｆｍｏｄｕｌａｔｉｏｎｉｄｅｎｉｆｔｉｃａｔｉｏｎｉｓａｂｌｅｔｏｋｅｅｐ８２％ａｂｏｖｅｉｎｔｈｅｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆｌｏｗＳＮＲ，ｍｅａｎ— ｉｎｇｔｈａｔｔｈｅｐｒｏｐｏｓｅｄｍｅｔｈｏｄｈａｓａｇｏｏｄａｂｉ１ｉｃｙｏｆｉｄｅｎｔｉｉｆｃａｔｉｏｎ．

水声跳频通信系统的设计与实现

ｃａａｔｒｓｉｓＴｈｌｏｔｍｓｄｏｉｉａｉｎｌｒｃｓｓｄｖｌｐｄＡｍｕｅｆｅｐｅｍｅｔｒａｒｅｈｒｃｅｔｃ．ｅａｇｒｈｂａｅｎｄｇｔｌｇａｏｅｓｗａｅｅｏｅ．ｉｉｓｐｍｂｒｏｘｒｉｎｓｗｅｅｃｒｉｄ
１算法实现．２
ＲＳ码即Ｒｅ —ｏｏｎ码，９０年由ＩｅｄｅｄＳｌｍｏ１６．ＲｅＳ
和ＧＳｌｍｏｏｏｎ提出的一种纠错码，一种在有限域是
图四捕获到的同步信号频谱图解跳。将解跳后的包络信号通过低通滤波器，到基得
ｏｔｎａｅｈｉｔｒａｋａｄｃｒａｎｆｌ，ｎｏｄｒｓｌｒｃｉｖｄｕｎｃｏｃｗａｅｎｎｅｉｅｄａｄｇｏｅｕｔｗｅｅａｈｅｅ．ｉｔｔｉｓ
ＫｙｒｓＵｎｅｗａｅｏｓｉｓｒｑｅｃ－ｏｐｎｍｍｕｉａｉｎｅｗｏｄ：ｄｒｔｒＡｃｕｔ；Ｆｅｕｎｙ－ｐｉｇＣｏｃｈｎｃｔ；Ｍｕｔ－ａｈＦｄｎｏｌ・ｔａｉｇｉｐ
～
Ｄｓ９ｎｍｌｍｎｉｎｏｒｑｎｙｈｐｏｍｎｃｔＯｙｔｍｉ．ｎｅｗｔｒＡｏｓｉｅｉｎａｄＩｐｅｅｔｆＦｅｕｃ－ｏｉｇＣｍｕｉａｉｉＳｓｅｎＵｄｒａｅｃｕｔＣｏｎｌ
—
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礁
接收换能器接收的信号经程控放大采样后由数字信号处理部分完成信号解码，得到发射基带方位

基于DPSK的多载波水声跳频通信系统性能仿真

第28卷第2期水下无人系统学报 Vol.28No.22020年4月JOURNAL OF UNMANNED UNDERSEA SYSTEMS Apr. 2020收稿日期: 2019-10-14; 修回日期: 2019-10-25.作者简介: 陈博恒(1993-), 男, 在读硕士, 主要研究方向水声通信及信号处理.[引用格式] 陈博恒, 王明洲, 岳玲, 等. 基于DPSK 的多载波水声跳频通信系统性能仿真[J]. 水下无人系统学报, 2020, 28(2):182-186.基于DPSK 的多载波水声跳频通信系统性能仿真陈博恒, 王明洲, 岳玲, 寇小明, 张文波(中国船舶重工集团公司第705研究所, 陕西西安, 710077)摘要: 由于海水中介质不均匀分布、海底海面边界条件以及海水声吸收的影响, 水声信道极其复杂且不稳定, 主要表现为强多途、快时变、可用通信频带有限以及多普勒效应等, 现有水声通信系统的抗干扰能力和通信速率尚不能满足需求。

基于此, 文中针对水声信道的可用通信频带较为有限且具有强多途效应等特点, 提出了一种新的水声通信体制。

该方法通过结合多载波通信频带利用率高和跳频通信抗多途的优点, 建立了采用多载波跳频差分相移键控调制(MC/FH-DPSK)的水声通信系统, 对其原理和实现过程进行了详细描述, 并给出了该系统在加性高斯白噪声信道、瑞利衰落信道和频率选择性两径瑞利衰落信道下的误码率性能仿真结果。

仿真结果验证了该系统具有可靠的抗噪声性能, 在跳频间隙与码元宽度设置参数相同的情况下, 相比频移键控水声跳频(FH/MFSK)通信系统的带宽利用率提升了近2倍, 且抗多途能力性能与其相仿。

文中的工作可为水声通信新体制的探索提供理论参考。

关键词: 水声信道; 多载波通信; 跳频通信; 多途效应; 差分相移键控中图分类号: TJ630.34; TN929.3 文献标识码: A 文章编号: 2096-3920(2020)02-0182-05DOI: 10.11993/j.issn.2096-3920.2020.02.010Performance Simulation of Multi-Carrier Frequency-Hopping UnderwaterAcoustic Communication System Based on DPSKCHEN Bo-heng , WANG Ming-zhou , YUE Ling , KOU Xiao-ming , ZHANG Wen-bo(The 705 Research Institute, China Shipbuilding Industry Corporation, Xi’an 710077, China)Abstract: Focusing on the problem that underwater acoustic channel has limited available communication bands and strong multi-path effects, a new underwater acoustic communication scheme is proposed. A multi-carrier underwater acoustic communication system is established by using differential phase shift keying(DPSK) and making use of the high bandwidth utilization ratio of multi-carrier(MC) communication and the anti-multipath capability of frequency hop-ping(FH) communication. And its principle and implementation process are described in detail. Moreover, the bit error ratio(BER) performances of the system under additive white Gaussian noise channel, Rayleigh fading channel and fre-quency-selective two-path Rayleigh fading channel are simulated and analyzed, and its reliable anti-noise performance is verified. Compared with FH/MFSK communication system, the proposed MC/FH-DPSK communication system achie- ves almost two times higher bandwidth utilization ratio and the similar performance of anti-multipath in the condition of same frequency hopping clearance and parameter of symbol width.Keywords: underwater acoustic channel; multi-carrier communication; frequency-hopping communication; multi-path effect; differential phase shift keying(DPSK)2020年4月陈博恒, 等: 基于DPSK的多载波水声跳频通信系统性能仿真第2期0 引言近年来, 随着水下移动平台对通信系统性能的需求不断提升, 实现高速率、低误码率的信息传输已成为当前水声通信研究的热点之一[1]。

一种水声OFDM的抗多径同步算法

一种水声OFDM的抗多径同步算法袁兆凯;隋天宇;李宇;黄海宁【摘要】The multi-path channel brings great challenges for orthogonal frequency division system (OFDM) on underwater communication.It is difficult to get the exact time with the general synchronization method.The proposed method is arranged using the constant amplitude and zero autocorrelation (CAZAC) sequence as the free synchronization and the SC's method as the coarse synchronization.Through the computer simulation and the lake experiment, the method is shown to be a free synchronization of underwater OFDM both on precision of synchronization and the amount of calculation.%水声信道普遍存在多径效应,致使水声正交频分复用(OFDM)通信系统的同步算法经常给出误差较大甚至错误的同步点.为了完成精确的同步,本文提出一种基于恒幅度零自相关序列以及在信号开始插入两个同样训练信号的联合同步算法,系统通过粗同步和细同步两个过程完成信号开始时刻的精确定位.仿真分析和湖试结果表明,本算法能够在多径信道下准确找到信号开始时刻.【期刊名称】《应用声学》【年(卷),期】2011(030)001【总页数】7页(P19-25)【关键词】多径;正交频分复用;同步【作者】袁兆凯;隋天宇;李宇;黄海宁【作者单位】中国科学院声学研究所,北京,100190;中国科学院声学研究所,北京,100190;中国科学院声学研究所,北京,100190;中国科学院声学研究所,北京,100190【正文语种】中文1 引言正交频分复用（OFDM）系统是一种多载波调制技术，具有抗频率选择性特征[1]和有比普通的单载波系统更好的抗多途效应性能。

一种多载波跳频水声通信系统的级联码方案

一种多载波跳频水声通信系统的级联码方案
孙小东;王日胜;侯朝焕
【期刊名称】《电声技术》
【年(卷),期】2007(31)11
【摘要】充分利用多载波跳频水声通信系统的信号特点,提出一种适合系统的级联码方案,给出了相应的编译码结构和算法.通过合理使用交织器,编码方案可以提供较好的纠错能力.
【总页数】3页(P68-70)
【作者】孙小东;王日胜;侯朝焕
【作者单位】中国科学院,声学研究所,数字系统集成部,北京,100080;海军信息工程技术研究所,北京,102200;中国科学院,声学研究所,数字系统集成部,北京,100080【正文语种】中文
【中图分类】TN929.3
【相关文献】
1.一种差分解调OFDM跳频水声通信系统 [J], 孙小东;侯朝焕
2.一种基于DSP的实时水声跳频通信系统研究 [J], 牛富强;许肖梅
3.一种稳健的AUV水声跳频通信系统同步检测方法 [J], 董继刚;姜玥
4.基于DPSK的多载波水声跳频通信系统性能仿真 [J], 陈博恒; 王明洲; 岳玲; 寇小明; 张文波
5.基于DPSK的多载波水声跳频通信系统性能仿真 [J], 陈博恒; 王明洲; 岳玲; 寇小明; 张文波
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水声通信系统多载波MFSK技术设计与实现的开题报告

水声通信系统多载波MFSK技术设计与实现的开题报告一、选题背景及研究意义水声通信系统是潜水器、声呐、深潜设备和水下机器人等水下设备之间进行数据传输和通信的重要手段，尤其在海洋测量和水下勘探方面起着至关重要的作用。

传统的水声通信系统在传输效率和信号稳定性上存在一定的缺陷，尤其是在长距离传输和复杂环境下的信号传输方面，存在一定的局限。

因此，基于多载波MFSK技术的水声通信系统的设计和研究具有重要的实际意义。

多载波MFSK技术是一种广泛应用于数字通信领域的调制技术，它可以通过调整载波频率、调制速率和码元数等参数，实现多种不同信号的传输，具有传输效率高、抗干扰能力强、信号稳定性好等特点，因此可以应用于水声通信系统的设计和优化中。

本文旨在通过对多载波MFSK技术在水声通信系统中的应用进行研究和探讨，以提高水声通信系统的传输效率和信号稳定性，为大规模水下勘探和海洋资源开发提供技术支持和保障。

二、研究内容与技术路线1. 多载波MFSK技术原理及其在水声通信系统中的应用研究；2. 多载波MFSK技术水下信号传输模型的建立和仿真分析；3. 多载波MFSK技术在水下浅海环境和深海环境下的性能测试和实验验证；4. 多载波MFSK技术应用于水声通信系统中的实际应用案例研究和分析。

技术路线：（1）建立多载波MFSK技术在水声通信系统中的数学模型，研究其调制和解调原理。

（2）利用MATLAB等工具进行多载波MFSK技术的仿真分析，以确定其在水下环境中的适用范围和通信效果。

（3）设计和搭建实验平台，进行多载波MFSK技术在水下浅海环境和深海环境的实际性能测试和验证。

（4）结合实际案例，分析多载波MFSK技术在水声通信系统中的应用效果和优势。

三、预期研究成果1. 建立多载波MFSK技术在水声通信系统中的数学模型，并探究其调制和解调原理，为水声通信系统优化和设计提供理论基础。

2. 利用MATLAB等工具进行多载波MFSK技术的仿真分析，确定其在水下环境中的适用范围和通信效果，提高水声通信系统的传输效率和信号稳定性。

多载波跳频高速水下通信技术研究的开题报告

多载波跳频高速水下通信技术研究的开题报告一、选题背景水下通信是指在海洋、湖泊中通过声波、电磁波等手段进行信息交流的技术。

水下通信在深海勘探、海洋科学研究、资源开发等领域有着广泛的应用。

目前，水下通信技术发展迅速，但是仍然存在一些难题。

其中，水下信号传递速率慢、传输距离短、抗干扰能力差等问题受到了广泛关注。

为了解决这些问题，多载波跳频高速水下通信技术应运而生。

该技术通过在一定范围内改变信号频率、时间和空间的分布规律，增强信号传输的抗干扰能力和信号传输速率，能够应对复杂海底环境，满足更高的通信要求。

目前，多载波跳频高速水下通信技术已经成功应用于科学研究、海洋资源开发等领域，并取得一系列重要成果。

二、研究目的和意义多载波跳频高速水下通信技术是目前水下通信领域的前沿技术之一。

本研究旨在深入探讨多载波跳频高速水下通信技术的原理和应用，明确该技术的优点、局限性及其在不同领域的应用情况。

具体研究目的和意义如下：1. 了解多载波跳频高速水下通信技术的基本原理和实现方式，掌握该技术的优点和局限性。

2. 比较多载波跳频高速水下通信技术与其他类型水下通信技术之间的差异，明确该技术在抗干扰性、传输速率、传输距离等方面的优越性。

3. 研究多载波跳频高速水下通信技术在科学研究、海洋资源开发、海洋灾害预警等领域的应用情况、方法和实践，分析其适用性、可行性及效果。

4. 基于多载波跳频高速水下通信技术的特点和优势，提出相应的改进和优化措施，并探讨其发展前景。

三、研究内容和方法本研究的研究内容主要包括以下方面：1. 多载波跳频高速水下通信技术的基本原理。

2. 多载波跳频高速水下通信技术的实现方式及其对水下通信性能的影响。

3. 多载波跳频高速水下通信技术在科学研究、海洋资源开发、海洋灾害预警等领域的应用方法和实践。

4. 多载波跳频高速水下通信技术的优化和改进措施。

本研究主要采用以下方法进行研究：1. 文献调研法：通过查阅相关文献资料、专业书籍和期刊，收集整理多载波跳频高速水下通信技术的相关研究成果和实践案例。

多跳中继式水声通信网的MAC层协议研究与实现的开题报告

多跳中继式水声通信网的MAC层协议研究与实现的开题报告一、研究背景水声通信是一种在水下传输声音和数据的技术，具有广泛的应用前景。

但是，相比于无线电通信等其他通信技术，在水下传输的过程中，水的折射、衰减等特性会给通信带来一定的挑战。

尤其是在大范围水下通信中，如果直接采用点对点的单跳通信方式，会面临着数据传输速度慢、能耗大等问题。

为了解决这些问题，多跳中继式水声通信网逐渐成为一种新的水声通信技术研究方向。

多跳中继式水声通信网通过多个中继节点的协作，将数据从发送节点中转到目标节点，有效地扩大了通信范围和传输速度，并提高了可靠性和稳定性。

多跳中继式水声通信网最关键的问题之一就是中继节点的协作，而节点间的协作需要通过一定的MAC层协议来实现。

二、研究内容本文拟针对多跳中继式水声通信网的MAC层协议进行研究与实现。

具体研究内容包括：1. 对多跳中继式水声通信网的基本架构进行分析和研究，确定网络拓扑结构、节点角色等关键因素；2. 对目前已有的水声通信MAC层协议进行调研，分析其优缺点，并选取适合多跳中继式水声通信网的MAC层协议；3. 根据选定的MAC层协议，设计和实现多跳中继式水声通信网的MAC层协议框架，包括节点发现、节点选择、信道访问、流量控制等功能；4. 进行实验验证，测试并分析多跳中继式水声通信网的MAC层协议在不同网络拓扑结构、节点密度等情况下的表现，验证协议的有效性和可靠性。

三、预期成果1. 完成多跳中继式水声通信网的MAC层协议框架的设计和实现，能够实现节点的发现、选择、信道访问、流量控制等功能；2. 实现了多跳中继式水声通信网的基本测试平台，并对MAC层协议进行了验证和测试；3. 发表至少一篇相关领域的论文，报告多跳中继式水声通信网MAC 层协议的研究和实现结果。

浅海抗多途水声通信

浅海抗多途水声跳频通信技术研究许肖梅﹡，牛富强，陶毅（厦门大学水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室，福建厦门，361005）摘要：水声信道是一种极其复杂的随机时空频变、强多途和大起伏信道，在进行水声通信中。

抗干扰能力强、隐蔽性好的跳频通信技术应用于水声通信领域，具有独特的优势，是近年来高稳健性水声通信技术研究中的一个热点。

本文构建了一种基于DSP硬件平台的实时水声跳频通信系统，给出了系统编解码技术的实现方法。

发射的帧信号由粗同步信号、细同步信号、时延信号和m序列生成的跳频信号组成，采用了补零FFT的方法进行解码，提高了鉴频分辨率。

通过实验室水池实验及厦门港浅海域海上实验，验证了所设计系统在低信噪比、强多途干扰条件下的可行性和稳定性。

由于可在较低的信噪比下工作以及m序列生成的跳频图案的隐蔽性，系统具有耗电省和通信隐秘、易于实现码分多址（CDMA）等性能，适用于构建水声网络通信。

关键词：水声信道；抗多途；跳频通信；DSP；前沿浅海声信道随机起伏、时-空-频变以及严重的多途干扰特征使得水声通信技术成为当代最为复杂的通信技术之一。

无线电通信中许多已经成熟技术都难以适用于海洋声信道，必须重新改造，更多的则是要创新和开拓。

浅海域由于其特殊的经济和军事战略地位，涉及到国家的利益与发展，使得浅海中水声通信技术成为当今研究的热点。

特别是近十年来发展相当迅速，得到了人们高度的重视和广泛深入的研究。

随着海洋开发与军事应用的不断需求，对水声通信设备的技术性能提出了越来越高的要求。

跳频通信是扩展频谱通信的一种重要方式，具有伪随机编码调制和信号相关处理两大特点，正是基于这两大特点，使扩展频谱通信方式有许多优点，如抗干扰能力强，特别是抗窄带干扰能力，抗噪声，抗多径；功率谱密度低，具有隐蔽性和低的截获概率（LPI---Low Probability of Intercept），具有保密性和多址能力，易于实现码分多址（CDMA）技术等。

高速水声通信中OFDM的编码、调制技术与应用研究的开题报告

高速水声通信中OFDM的编码、调制技术与应用研究的开题报告摘要：随着深海勘探和海洋资源的开发利用，水声通信作为一种可靠和高效的通信方式，受到越来越多的关注和重视。

在水声通信中，由于频谱资源有限，传统的单载波调制技术（SCM）无法满足高速传输的需求。

而正交频分复用（OFDM）技术作为一种多载波调制技术，可以很好地解决频谱效率低的问题，并且具有抗多径衰落的能力。

本文将研究高速水声通信中OFDM的编码、调制技术及其应用。

本文将首先介绍水声通信的特点以及OFDM技术的概念、原理和优点。

其次，结合水声信道的特点，研究OFDM在水声通信中的应用，探讨OFDM信号的参数设置以及多路复用技术。

然后，对于水声信道中存在的信号衰减和噪声干扰等问题，研究OFDM的编码技术，本文将重点研究低密度奇偶校验（LDPC）码和Turbo码作为OFDM的编码技术，并探索其在水声通信中的效果。

最后，本文将进行实验仿真，分析OFDM在水声通信中的性能和可行性。

本文的研究目的是探索高速水声通信中OFDM的编码、调制技术及其应用，为实现水下高速通信提供技术支持和理论指导，同时为水下资源勘探和海洋生态环境监测等领域提供有力保障。

关键词：水声通信；OFDM；编码技术；调制技术；高速传输Abstract：With the development and utilization of deep-sea exploration and marine resources, underwater acoustic communication, as a reliable and efficient communication method, has received more and more attention. In underwater communication, due to the limited frequency spectrum resources, traditional single-carrier modulation (SCM) technology cannot meet the needs of high-speed transmission. Orthogonal frequency division multiplexing (OFDM) technology, as a multi-carrier modulation technology, can solve the problem of low spectrum efficiency and has the ability to resist multipath fading. This article will study the coding, modulation technology and application of OFDM in high-speed underwater acoustic communication.This article will first introduce the characteristics of underwater acoustic communication and the concept, principle, and advantages of OFDM technology. Secondly, combined with the characteristics of the underwater acoustic channel, the application of OFDM in underwater communication will be researched, exploring the parameter setting of OFDM signals and multiplexing technology. Then, for the problems of signal attenuation and noise interference in the underwater acousticchannel, the coding technology of OFDM will be studied. This article will focus on the Low-Density Parity- Check (LDPC) code and Turbo code as the coding technology of OFDM, and explore their effects in underwater acoustic communication. Finally, this paper will carry out experimental simulations to analyze the performance and feasibility of OFDM in underwater communication.The purpose of this research is to explore the coding, modulation technology and application of OFDM in high-speed underwater acoustic communication, to provide technical support and theoretical guidance for achieving high-speed communication underwater, and to provide powerful guarantees for underwater resource exploration and marine ecological environment monitoring.Keywords: underwater acoustic communication; OFDM; coding technology; modulation technology; high-speed transmission.。