基于参量阵正交频分复用编码的水声通信

引用本文

赵安邦, 程越, 周彬, 安天思, 吕良浩. 基于参量阵正交频分复用编码的水声通信.吉林大学学报:工学版, 2016, 46(3): 979-984
ZHAO An-bang, CHENG Yue, ZHOU Bin, AN Tian-si, LYU Liang-hao. OFDM system based on parametric array in underwater acoustic communication. Journal of Jilin University Engineering and Technology Edition, 2016, 46(3): 979-984 复制到剪切板

Permissions

基于参量阵正交频分复用编码的水声通信

赵安邦^1,², 程越^1,², 周彬^1,², 安天思³, 吕良浩³

1.哈尔滨工程大学水声技术重点实验室,哈尔滨 150001

2.哈尔滨工程大学水声工程学院,哈尔滨 150001

3.大连测控技术研究所,辽宁大连 116013

作者简介:赵安邦(1978-),男,教授,博士生导师.研究方向:水声工程,水声信号处理及目标探测.E-mail:zhaoanbang@hrbeu.edu.cn

基金:国家自然科学基金项目(11374072,61371171,51009041); 公益性行业(海洋)科研专项基金项目(gz201005001)

摘要

针对水声通信高数据速率与可靠性统一的需求,提出了一种新的参量阵通信技术。将参量阵的非线性效应及自解调特性与OFDM编码相结合,在平均深度为20 m的浅海进行了图像传输实验,采用正交相移键控(QPSK)的OFDM方式,当带宽为6 kHz时通信速率为3.224 kbit/s,误码率为0.0068,当带宽为9 kHz时通信速率为4.835 kbit/s,误码率为0.0059,验证了所提方案的可行性和有效性。

关键词: 通信技术; 参量阵; 正交频分复用编码; 多途干扰; 水声通信技术

中图分类号:TB567 文献标志码:A 文章编号:1671-5497(2016)03-0979-06

OFDM system based on parametric array in underwater acoustic communication

ZHAO An-bang^1,², CHENG Yue^1,², ZHOU Bin^1,², AN Tian-si³, LYU Liang-hao³

1.Acoustic Science and Technology Laboratory, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China

2.College of Underwater Acoustic Engineering, Harbin Engineering University, Harbin 150001,China

3.Dalian Scientific Test & Control Technology Institute, Dalian 116013,China

Abstract

High performance acoustic underwater communication requires high data rate and high reliability. A new underwater acoustic communication scheme is proposed. In this technique, the nonlinear effect and self-adaptation characteristic of the acoustic parametric array and Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM) coding are combined together. An image file is transmitted in shallow water with depth of 20 m, and the OFDM in Quadrature Phase Shift Keying (QPSK) is applied. When the bandwidths are 6 kHz and 9 Hz, the system can achieve data rates of 3.224 kbit/s and 4.835 kbit/s, respectively, with Bit Error Rates (BERs) of 0.0068 and 0.0059. The sea trial results show that the proposed scheme is effective and feasible.

Keyword: communication technology; acoustic parametric array; orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) coding; multi-path interference; underwater acoustic communication

Show Figures

高数据速率与可靠性的统一是水声通信系统最重要的需求之一。然而高速水声通信的发展仍然存在着很多困难^[1], 水声信道的一些特点决定了其通信的复杂性, 比如海洋中噪声背景很高, 多途干扰强, 载波频率较低, 带宽十分有限。人们不断在努力寻找更适合水声通信的调制方法^{[2, 3]}, 以FSK(频移键控)为代表的早期非相干调制技术, 性能稳健但其数据传输率较低, 无法实现高速通信; 相干调制技术很大程度地提高了数据率, 但是由于其易受信道的影响, 实现低误码率需要复杂的设备平台, 并且带宽利用率低。

正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing, OFDM)是一种多载波调制方式^{[4, 5, 6, 7]}, 是一种较容易实现的多载波传输方案, 它利用多个子载波同时传输数据, 各子载波频谱互相重叠并且正交, 频谱利用率高, 加入保护间隔可以最大限度地消除符号间干扰和子载波之间的干扰, 实现高速并且可靠的数据传输。

多途干扰是水声通信重要障碍之一, 由于水声信道的复杂性, 参量阵的小孔径下超指向性能力、自解调特点, 以及低频上可获得很宽的相对频带宽度为水声通信的困难提供了一个可能的解决办法。本文使用两个频率相近的高频声波信号作为主频信号, 利用声波在传播过程中由于非线性效应形成的差频波则具有低频高指向性的特点, 将参量阵与OFDM通信体制相结合实现高数据速率的同时降低误码率。

1 OFDM编码通信体制

OFDM是一种多载波高速数据调制技术, 能够有效克服频率选择性衰落, 在宽带通信中得到广泛的应用。 OFDM体制是将高速数据信号转换

成并行的低速子数据流, 调制到多个正交的子载波上并行传输。在发射端信号中加入循环前缀, 用来克服多途的影响。

首先将发射端待传送的二进制数据映射成对应的复数序列{ $\begin{matrix} d_{0}, \dots, d_{N - 1} \end{matrix}$ }, 其中 $\begin{matrix} d_{N} = a_{N} + j b_{N} 。 \end{matrix}$ 对此复数序列进行IDFT变换, 可得到含有 $\begin{matrix} N \end{matrix}$ 个元素的复数序列{ $\begin{matrix} S_{0}, \dots, S_{N - 1} \end{matrix}$ }, 其中:

$S_{m} = \frac{1}{N} \overset{N - 1}{\sum_{n = 0}} d_{n} \exp (j 2 πnm / N) m = 0, 1, \dots, N - 1$ (1)

令： $f_{n} = \frac{n}{N \cdot Δt}, t_{m} = m \cdot Δt$

式中: $\begin{matrix} Δt \end{matrix}$ 为取定的某一时间长度, 则 $\begin{matrix} T = N \cdot Δt \end{matrix}$ 为符号时间长度。

式(1)可写为如下形式:

$\begin{matrix} \begin{matrix} S_{m} = \frac{1}{N} \overset{N - 1}{\sum_{n = 0}} d_{n} \exp (j 2 π f_{n} t_{m}) \\ m = 0, 1, \dots, N - 1 \end{matrix} \end{matrix}$ (2)

式(2)可看成是多个载波调制信号的和形式, 而各子载波间的频率差为:Δ f=f_n-f_n-₁= $\begin{matrix} \frac{1}{N \cdot Δt} \end{matrix}$ 。

将序列{ $\begin{matrix} S_{0}, \dots, S_{N - 1} \end{matrix}$ }以 $\begin{matrix} Δt \end{matrix}$ 为时间间隔进行数模转换, 得到如下形式的连续信号(忽略常系数1/N):

$\begin{matrix} \begin{matrix} x (t) = \overset{N - 1}{\sum_{n = 0}} d_{n} \exp (j 2 π f_{n} t) \\ 0 \leq t \leq T \end{matrix} \end{matrix}$ (3)

在接收端以 $\begin{matrix} Δt \end{matrix}$ 为时间间隔对接收信号进行采样并进行DFT变换, 则可得到复数序列{ $\begin{matrix} d_{0}, \dots, d_{N - 1} \end{matrix}$ }, 进而恢复出二进制数据。对于IDFT/DFT变换, 采用成熟的IFFT/FFT算法来实现可以大幅度减少计算量, 提高效率。

OFDM通信系统的基本框图如图1所示。

	Figure Option View Download New Window
	图1 OFDM通信系统框图Fig.1 OFDM communication system block diagram

OFDM系统将高速数据流转换为N路低速率子数据流后并行传输, 以此来对抗由水声信道的多途时延引起的码间干扰, 但不能完全消除。为了最大程度地消除码间干扰, 在OFDM编码基础上加入信源编码和信道编码。首先利用伪随机序列进行数据加扰。伪随机序列便于重复产生和处理, 具有随机噪声的一些统计特性, 并且还能实现比较可靠的保密通信。相位调制QPSK采用格雷编码方式, 这样在出现误码时, 一般只会有一个比特发生差错。为了控制突发性连续错误, 使用交织编码方式进行差错控制。在IFFT调制之后, 使用扩展信号填充保护间隔对OFDM符号进行周期扩展, 并控制峰值功率比^[8], 最后使用线性调频信号作为同步信号完成信道编码过程。

2 参量阵工作原理

声学参量阵(Parametric array)是利用声与声的非线性效应, 获得差频波及和频波等声波的小尺寸声发射装置。其优点是低频、高指向性、适于宽频带信号使用。在声波的传播过程中, 由于声吸收系数与声波频率的平方成正比, 频率较高的原频波以及和频波衰减很快, 传播一段距离后, 只剩下频率较低的差频信号。

将一个宽带信号作为参量阵的原频波, 它在介质中也要产生相应的宽带参量波, 这种波的性质主要取决于宽带信号的包络, 其声压表示为^[9]:

$\begin{matrix} ρ (τ) = \frac{β p_{0} S}{8 π ρ_{0} c_{0} z α_{0}} \frac{\partial^{2}}{\partial t^{2}} E^{2} (τ) \end{matrix}$ (4)

式中: $\begin{matrix} β \end{matrix}$ 为非线性系数; $\begin{matrix} p_{0} \end{matrix}$ 为原波声压幅值; $\begin{matrix} S \end{matrix}$ 为声源面积; $\begin{matrix} ρ_{0} \end{matrix}$ 为媒质密度平衡值; $\begin{matrix} z \end{matrix}$ 为传播距离; $\begin{matrix} E (τ) \end{matrix}$ 为调制包络函数(被调制的原波信号); $\begin{matrix} τ \end{matrix}$ 为延迟时间, $\begin{matrix} τ = t - z / c_{0} \end{matrix}$ 。

式(4)表明, 宽带信号作原频波信号时, 参量阵自解调后的声压 $\begin{matrix} p (τ) \end{matrix}$ 正比于调制包络 $\begin{matrix} E (τ) \end{matrix}$ 对时间的二次求导。

在参量阵的实际应用中, 不可忽视的是它的转换效率^[10], 这里转换效率是原频率波的功率转换为差频波的功率之比, 设低频声波不定向辐射时, 在离源 $\begin{matrix} R_{0} \end{matrix}$ 距离处得到的声压与轴向 $\begin{matrix} R_{0} \end{matrix}$ 处差频原波声压 $\begin{matrix} p_{d} \end{matrix}$ 相等, 则低频波的辐射声功率应为:

$\begin{matrix} W_{ed} = \frac{{ω_{d}}^{4} β^{2} W_{1} W_{2}}{2 π ρ_{0} {c_{0}}^{7} γ^{2}} \end{matrix}$ (5)

设 $\begin{matrix} W_{1} = W_{2}, 而总功率 W = W_{1} + W_{2} = 2 W_{1} = 2 W_{2}, \end{matrix}$ 于是式(5)化简为:

$\begin{matrix} \frac{W_{ed}}{W} = \frac{2 π^{3} β^{2} {f_{d}}^{4} W}{ρ_{0} {c_{0}}^{7} γ^{2}} \end{matrix}$ (6)

式中: $\begin{matrix} f \end{matrix}$ 为原波频率; $\begin{matrix} f_{d} \end{matrix}$ 为差频波频率。

根据文献^[10], 淡水的吸收系数为 $\begin{matrix} a / f \approx 1.73 \times 10^{- 14} Np / m \cdot s^{2}, \end{matrix}$ 当 $\begin{matrix} f_{d} \leq f_{1}, 则 γ \approx 2 α_{1} = 3.46 \times 10^{- 14} f^{2} Np / m, \end{matrix}$ 同时水中的非线性参量 $\begin{matrix} B / A = 5, 则 β = 1 + B / 2 A = 3.5, \end{matrix}$ 代入式(6)得:

$\begin{matrix} \begin{matrix} \frac{W_{ed}}{W} = \frac{2 π^{3} \times {(3.5)}^{2}}{{(1.48)}^{7} \times 10^{24}} \cdot \frac{1}{{(3.46)}^{2} \times 10^{- 28}} \cdot \\ {(\frac{f_{d}}{f})}^{4} W \approx 4.1 \times 10^{4} {(\frac{f_{d}}{f})}^{4} W \end{matrix} \end{matrix}$ (7)

对于海水, 当原波频率在 $\begin{matrix} 5 ~ 40 kHz \end{matrix}$ 内没有弛豫吸收, 温度为5° 时, 转换效率为:

$\begin{matrix} \frac{W_{ed}}{W} = 8.25 {(\frac{f_{d}}{f})}^{4} W \end{matrix}$ (8)

由此可直观地看出, 在相同介质中, 增大原波的辐射功率可直接提高参量阵的转换效率, 但是功率过大时会出现有限振幅效应, 导致介质吸收迅速增大, 从而限制了端射阵等效长度, 会增宽差频波束。当传播介质和辐射总功率一定时, 参量阵的转换效率与差频波频率 $\begin{matrix} f_{d} \end{matrix}$ 和原波频率 $\begin{matrix} f \end{matrix}$ 比值的四次方成正比。因此可以提高差频波的频率或降低原波的频率来提高参量阵的转换效率。但是提高差频波频率将使传播损失增大, 会减小参量阵的作用距离, 而降低原波频率会影响指向性等特性^[11], 因此, 在参量阵的实际应用中, 要权衡以上各因素, 以使转换效率达到最佳。

3 基于参量阵OFDM编码的水声通信系统

本文是基于参量阵OFDM编码, 在OFDM编码体制基础上增加信源编码及信道编码^[12]。利用伪随机序列进行数据加扰后, 再对数据进行交织, 相位调制QPSK采用格雷编码方式。IFFT调制并进行周期扩展之后, 控制峰值功率比, 最后加入同步信号完成信道编码, 同步信号采用线性调频信号。

图2为基于参量阵的发射处理流程图。OFDM编码完成后, 利用单边带调制技术。单边带调制技术属于线性调制, 是把调制信号频谱“ 原封不动” 地搬移到载波频率两侧。本文利用带通滤波器保留下边带, 并且保留载波信号, 作为参量阵的原频波。

图3为接收端处理流程图, 由于参量阵的自解调特性, 接收端首先进行带通滤波, 带通滤波器为1024阶, 针对两组数据其频带范围分别为3~12 kHz和3~9 kHz。再对滤波后信号进行同步检测、串并转换、去循环检测等OFDM解码过程。

	Figure Option View Download New Window
	图2 基于参量阵的发射处理流程图Fig.2 Transmitting processing flowchart based on parametric array

	Figure Option View Download New Window
	图3 接收端处理流程图Fig.3 Processing flowchart of receiver

本文使用的参量阵见图4, 基阵为平面活塞型, 尺寸 $\begin{matrix} 0.625 m \times 0.520 m 。 \end{matrix}$ 水平为16路基元的线列阵, 16× 14个振子。阵元间隔d=39 mm。保证在波束扫描到± 15° 时无栅瓣。重量约为180 kg(不含电缆)。其指向性如图5所示, 主瓣3 dB宽度4.80° 。

	Figure Option View Download New Window
	图4 参量声基阵Fig.4 Acoustic parametric array

	Figure Option View Download New Window
	图5 基阵极坐标垂直指向性图Fig.5 Vertical directivity in polar coordinate

4 试验数据处理

本文进行了计算机仿真研究并在大连海域进行了海上试验。试验分别发送了单边带调制的3~12 kHz和3~9 kHz OFDM数据。试验参数设置如表1所示。

表1 试验数据及参数设置 Table 1 Experimental data and parameter setting

以黑白方格图片作为发送试验数据, 调制后时域、频域信号及功率谱如图6、图7所示, 接收信号带通滤波后频谱及功率谱见图8、图9。对比可发现两组试验接收数据的功率谱在3~6 kHz有所衰减主要是因为参量阵转换效率与差频频率和原频频率比值的四次方成正比, 所以信号中差频较小的部分参量阵转换效率较低, 衰减较大。

	Figure Option View Download New Window
	图6 发送信号(OFDM 3~12 kHz)Fig.6 Signal(OFDM 3~12 kHz)

	Figure Option View Download New Window
	图7 发送信号(OFDM 3~9 kHz)Fig.7 Signal(OFDM 3~9 kHz)

	Figure Option View Download New Window
	图8 接收端带通滤波后信号(OFDM 3~12 kHz)Fig.8 Band-pass filtered signal(OFDM 3~12 kHz)

	Figure Option View Download New Window
	图9 接收端带通滤波后信号(OFDM 3~9 kHz)Fig.9 Band-pass filtered Signal(OFDM 3~9 kHz)

解码后的图形如图10、图11所示。本试验中, 载波信号与单边带调制OFDM宽带信号作为参量阵的原频波, 在距离发射端255 m处, 经带通滤波后得到差频信号即频带是3~12 kHz和3~9 kHz的OFDM信号, 解码后误码率分别为0.0059和0.0068。误码率较低并且是没有纠错编码的原始误码率, 系统的通信速率分别是4.835 kbit/s和3.224 kbit/s, 达到了较高的水声通信速率, 并且误码率较低, 系统的稳健性较好。

	Figure Option View Download New Window
	图10 发送数据与接收数据对比(3~12 kHz)Fig.10 Original data compared with receiving

	Figure Option View Download New Window
	图11 发送数据与接收数据对比(3~9 kHz)Fig.11 Original data compared with receiving

5 结束语

研究了参量阵的非线性效应及自解调特性与OFDM编码相结合的通信方案, 经计算机仿真后, 处理了海试数据。海试数据的处理结果显示:本文所提方案获得了较高的通信速率和较低的误码率。本研究在原理上验证了参量阵与OFDM编码通信体制的结合在水声通信中的优势, 使其未来在工程中能够得到更好的应用。

The authors have declared that no competing interests exist.

参考文献

View Option

[1]	惠俊英, 生雪莉. 水下声信道[M]. 2版. 北京: 国防工业出版社, 1992: 37-40. [本文引用:1]
[2]	Stojanovic M. Recent advances in high rate underwater acoustic communication[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1996, 21(2): 125-136. [本文引用:1]
[3]	Catipovic J A. Performance limitations in underwater acoustic telemetry[J]. IEEE Journal of Oceanic Engineering, 1990, 15(3): 205-216. [本文引用:1]
[4]	尹长川, 罗涛. 多载波宽带无线电通信技术[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2004: 23. [本文引用:1]
[5]	李英善, 段燕辉, 王猛, 等. 一种降低OFDM系统峰均比的循环反馈SLM方法[J]. 重庆邮电大学学报: 自然科学版, 2014, 26(1): 49-53. Li Ying-shan, Duan Yan-hui, Wang Meng, et al. A new SLM method with feedback searching for OFDM system[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Science Edition), 2014, 26(1): 49-53. [本文引用:1]
[6]	刘圣恩, 肖霖, 杨鼎成. MIMO-OFDM双向多中继选择的网络资源优化[J]. 重庆邮电大学学报: 自然科学版, 2015, 27(1): 20-25. Liu Sheng-en, Xiao Lin, Yang Ding-cheng. Resource optimizing for MIMO-OFDM two-way multi-relay selecting[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Science Edition), 2015, 27(1): 20-25. [本文引用:1]
[7]	高维, 景小荣. 基于MMAS的MIMO-OFDM系统上行多用户检测[J]. 重庆邮电大学学报: 自然科学版, 2015, 27(6): 745-750. Gao Wei, Jing Xiao-rong. Max-min ant system algorithm for uplink multi-user detection in MIMO-OFDM systeml[J]. Journal of Chongqing University of Posts and Telecommunications(Natural Science Edition), 2015, 27(6): 745-750. [本文引用:1]
[8]	黄润林, 龙奕, 尹忠科. 一种降低OFDM信号峰均功率比的预编码方法[J]. 声学技术, 2008, 27(6): 884-887. Huang Run-lin, Long Yi, Yin Zhong-ke. A precoding method used to reduce peak-to-average power ratio of OFDM signal[J]. Technical Acoustics, 2008, 27(6): 884-887. [本文引用:1]
[9]	钱祖文. 宽带参量阵的研究(1)脉冲自解调问题的非轴向场[J]. 声学学报, 1988, 13(2): 119-123. Qian Zu-wen. Transient parametric arrays(1) off-axis radiation in the self-demodulation of pulses[J]. Acta Acustica, 1988, 13(2): 119-123. [本文引用:1]
[10]	Berktay H O. Possible exploitation of non-linear acoustics in underwater transmitting applications[J]. Journal of Sound and Vibration, 1965, 2(4): 435-461. [本文引用:2]
[11]	何祚镛, 赵玉芳. 声学理论基础[M]. 北京: 国防工业出版社, 1981: 430-431. [本文引用:1]
[12]	赵安邦, 周彬, 沈广楠. 基于OFDM编码的水声通信差分解码技术[J]. 声学技术, 2010, 29(2): 144-147. Zhao An-bang, Zhou Bin, Shen Guang-nan. Research on differential decoding of OFDM-based system in underwater acoustic communication[J]. Technical Acoustics, 2010, 29(2): 144-147. [本文引用:1]

1992

0.0

... 然而高速水声通信的发展仍然存在着很多困难^[1],水声信道的一些特点决定了其通信的复杂性,比如海洋中噪声背景很高,多途干扰强,载波频率较低,带宽十分有限 ...

1996

0.0

... 人们不断在努力寻找更适合水声通信的调制方法^[2,3],以FSK(频移键控)为代表的早期非相干调制技术,性能稳健但其数据传输率较低,无法实现高速通信 ...

1990

0.0

2004

0.0

... 正交频分复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)是一种多载波调制方式^[4,5,6,7],是一种较容易实现的多载波传输方案,它利用多个子载波同时传输数据,各子载波频谱互相重叠并且正交,频谱利用率高,加入保护间隔可以最大限度地消除符号间干扰和子载波之间的干扰,实现高速并且可靠的数据传输 ...

2014

0.0

. 2014, 26(1):49-53 DOI:doi:10.3979/j.issn.1673-825X.2014.01.009

A new SLM method with feedback searching for OFDM system

一种降低OFDM系统峰均比的循环反馈SLM方法

Li Ying-shan , Duan Yan-hui , Wang Meng

李英善, 段燕辉, 王猛

摘　要：在正交频分复用（orthogonal frequency division multiplexing，OFDM）系统中，若各支路在同一相位上叠加会带来幅值的叠加从而产生大的峰均比（peak to average powerratio，PAPR）。选择性映射方法是一种有效降低正交频分复用系统峰均比的方法，对传统的选择性映射方法做了改进，提出了一种新的循环反馈选择性映射算法。在该算法中，采用了若干ZC（Zandoff-Chu）序列作为初始的相位旋转矢量，对于传统选择性映射方法中的每个子块不再固定其相位矢量，而是根据峰均比比较结果的反馈做出相应的相位矢量调整。通过在AWGN（additive white Gaussiannoise）信道环境进行仿真，进一步分析加入循环反馈选择性映射算法的OFDM系统和传统OFDM系统。仿真结果表明，提出的加入循环反馈选择性映射算法可有效地降低峰均比并改善接收端的比特误码率（bit error rate，BER）性能。

2015

0.0

. 2015, 27(1):20-25 DOI:doi:10.3979/j.issn.1673-825X.2015.01.004

Resource optimizing for MIMO-OFDM two-way multi-relay selecting

MIMO-OFDM双向多中继选择的网络资源优化

Liu Sheng-en , Xiao Lin , Yang Ding-cheng.

刘圣恩, 肖霖, 杨鼎成

为加强多输入多输出-正交频分复用(multiple-input multiple-output orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)双向中继系统的频域和空间复用增益,研究放大转发(amplify-forward,AF)协议下的中继系统模式,提出一种双向信道的预编码矩阵,能够将复杂的双向MIMO-OFDM信道划分为多个独立的物理层网络编码(physical network coding,PNC)子信道。在此基础上,将系统扩展至多中继,并提出在已有的频域子载波和空间子信道的最佳配对方案下,以最大化用户接收信号信噪比为准则,为每组配对方案分配合适的中继来改善中继网络的性能。通过联合优化的中继选择策略,单节点功率约束条件以及拉格朗日对偶方法,获取优化的系统资源分配方案。仿真结果证明,所提算法较一般功率分配方法带来的性能增益随着中继的增加,增益幅度随之增加。

2015

0.0

. 2015, 27(6):745-750 DOI:doi:10.3979/j.issn.1673-825X.2015.06.007

Max-min ant system algorithm for uplink multi-user detection in MIMO-OFDM systeml

基于MMAS的MIMO-OFDM系统上行多用户检测

Gao Wei , Jing Xiao-rong.

高维, 景小荣

在多输入多输出-正交频分复用 (multiple input multiple output-orthogonal frequency division multiplexing,MIMO-OFDM)系统上行多用户检测(multi-user detection,MUD)中,针对基本蚁群算法(ant colony optimization,ACO)在搜索过程中易出现过早停滞及收敛于局部最优解等问题,提出一种基于最大最小蚁群系统(max-min ant system,MMAS)的MUD新算法。该算法在蚁群每次循环结束后,仅处于最优路径上的单只蚂蚁释放信息素;同时,通过限制每条路径上信息素的取值范围,避免路径间信息素的差值过大,从而使蚂蚁在每次循环时尽可能地选择不同的路径,提高算法的搜索能力。仿真结果表明,MMAS算法能够有效降低蚁群陷入局部最优解的概率,进而提高了检测性能;同时,随用户数的增加,该算法的计算复杂度却远低于最大似然(maximum likelihood,ML)检测算法,因此,该算法能够在检测性能与计算复杂度之间取得较好的折中。

2008

0.0

. 2008, 27(6):884-887

A precoding method used to reduce peak-to-average power ratio of OFDM signal

一种降低OFDM信号峰均功率比的预编码方法

Huang Run-lin , Long Yi , Yin Zhong-ke.

黄润林, 龙奕, 尹忠科

One of the shortcomings of OFDM system is that it has high peak-to-average power ratio(PAPR) which greatly reduces the efficiency of the High Power Amplifier(HPA).A kind of precoding method is proposed to lower PAPR of OFDM signal by dispatching power to the projected data by introducing pre-coded matrix.This method does not have any additional computations and hand-shaking information at both transmitter and receiver ends.Simulation shows that there is about 9dB improvement compared to conventional OFDM system with 64 subcarriers.

正交频分复用(OFDM)系统的一大缺点就是有较高的峰值平均功率比(PAPR),大大降低了线性功率放大器的效率。提出了一种用预编码方法,通过引入预编码矩阵将映射后的数据进行功率分配,从而降低OFDM信号的PAPR。该方法不影响频谱效率,不需要进行附加运算以及收发两端的握手信息。计算机仿真表明对传统的64个子载波OFDM系统PAPR有将近9dB的改善。

... 在IFFT调制之后,使用扩展信号填充保护间隔对OFDM符号进行周期扩展,并控制峰值功率比^[8],最后使用线性调频信号作为同步信号完成信道编码过程 ...

1988

0.0

. 1988, 13(2):119-123

Transient parametric arrays(1) off-axis radiation in the self-demodulation of pulses

宽带参量阵的研究(1)脉冲自解调问题的非轴向场

Qian Zu-wen.

钱祖文

过去的脉冲自解调理论仅给出了这种参量阵的轴向场的表达式,至于非轴向场只能用一个积分式表示,借助于数值计算得到理论结果。本文应用傅氏积分的卷积定理将原来的频域积分转换成对时间的积分。利用这种方法,几乎对各种典型信号都能解析地算出上述积分式。

... 将一个宽带信号作为参量阵的原频波,它在介质中也要产生相应的宽带参量波,这种波的性质主要取决于宽带信号的包络,其声压表示为^[9]: ...

1965

0.0

... 在参量阵的实际应用中,不可忽视的是它的转换效率^[10],这里转换效率是原频率波的功率转换为差频波的功率之比,设低频声波不定向辐射时,在离源 R0距离处得到的声压与轴向 R0处差频原波声压 pd相等,则低频波的辐射声功率应为: ...

... 根据文献^[10],淡水的吸收系数为 a/f≈1 ...

1981

0.0

... 但是提高差频波频率将使传播损失增大,会减小参量阵的作用距离,而降低原波频率会影响指向性等特性^[11],因此,在参量阵的实际应用中,要权衡以上各因素,以使转换效率达到最佳 ...

2010

0.0

. 2010, 29(2):144-147 DOI:doi:10.3969/j.issn.1000-3630.2010.02.005

Research on differential decoding of OFDM-based system in underwater acoustic communication

基于OFDM编码的水声通信差分解码技术

Zhao An-bang , Zhou Bin , Shen Guang-nan.

赵安邦, 周彬, 沈广楠

Differential decoding with Orthogonal Frequency Division Multiplexing(OFDM) in underwater acoustic communication is studied.OFDM-based communication system is a modulation scheme with good performance such as the resistance to frequency selective fading,multi-path,and strong capabilities of impulse-noise.Moreover it has high speed transmission capabilities with bandwidth-efficient rate,and is simple to realize.The above-mentioned good performance made it one of the hotspots in studies of high speed underwater acoustic communication.However,it is sensitive to frequency offset and phase noise.Differential decoding method uses the phase differential of adjoining OFDM symbol to decode information.The scheme can resist the accumulation of phase error induced by the time-variant communication channel.Lake experiment results show that the proposed method is effective and feasible,and it can decrease the bit error rate effectively.

正交频分复用(OFDM)具有良好的抗频率选择性衰落性能,抗多径和脉冲噪声能力强,同时具有在高效带宽利用率情况下的高速传输能力以及简单的实现方法.OFDM在应用中也存在一些问题,例如对频率偏移和相位噪声敏感等.研究了基于正交频分复用编码的水声通信差分解码技术.所提出的差分解码方案通过测量相邻OFDM信号的相位差进行解码,从而降低了信道时变特性对水声通信系统的影响,特别是相位误差的累积效应.湖上试验数据差分解码的结果显示了所提方案的有效性,极大地降低了通信系统的误码率.

... 3 基于参量阵OFDM编码的水声通信系统本文是基于参量阵OFDM编码,在OFDM编码体制基础上增加信源编码及信道编码^[12] ...