基于信道稀疏特性的水声通信均衡研究

由于国防和民用的迫切需要，以及水声信道极其复杂多变的特性，水声通信成为通信领域的前沿热点研究课题之一。水声信道均衡技术是水声通信中提高通信可靠性和准确性的关键性技术。本项目从水声信道的特征出发、结合声信号处理和无线通信的研究成果，研究适合于具有超长响应和稀疏特性的时变水声信道的均衡技术。本项目将重点研究水声信道超长响应和稀疏特性建模的理论与方法、抗多途时延和多普勒频移的信道均衡和信道缩短均衡技术、水声MIMO信道均衡技术。研究成果有望弥补水声通信直接使用陆上无线通信相关技术带来的不足。由于我国具有辽阔的海域，海洋在经济上具有巨大的发展潜力，海洋开发在民用和军事上具有重要的战略地位。水声通信作为水下唯一的通信手段,是发达国家对我国实行封锁的技术领域,因此研制具有自主知识产权的水声通信技术意义深远,并且本项目的研究成果对水声通信发展具有重要的理论意义和实用价值以及广泛的应用前景。

水声信道环境极其复杂，使得水声信道估计与均衡成为一个非常棘手的难题，是制约着水下通信发展的主要瓶颈。水声信道比陆上无线电通信信道复杂具体表现在：①多径时延长而且多径数量稀疏；②严重的时变特性；③带宽窄；④宽带本质，即非均匀多谱勒频移；⑤噪声大且复杂。对于如此复杂的水声信道必须使用非常有效的信道辨识与均衡技术，但在目前的水声通信中，基本上依然使用传统的陆上无线通信中的信道均衡技术。直接将陆上无线通信的一套技术移植到水下通信是不合适的。为了更好地解决上述问题以便更有效地进行水声通信，本项目基于水声信道的超长多径响应效应和稀疏特性来展开研究，结合声信号处理和无线通信的研究成果，尤其是最近年来提出的压缩感知信号处理技术，研究适合于水声信道稀疏特性的辨识与均衡技术。. 在理论与算法方面，我们开展了时变稀疏水声信道中物理层传输技术和网络层相关协议与算法研究，在水声实验平台与水下语音通信装置方面，我们基于软件无线电技术搭建了一个水下OFDM通信调制解调平台，并研究了水声语音通信多用户动态频谱接入方法与通信装置设计方法。在本项目的资助下，一共发表学术论文19篇，其中期刊论文14篇，国际会议论文5篇，SCI收录6篇，EI收录8篇；申请专利7项，其中授权1项；撰写博士硕士毕业学位论文8篇。