面向海上船舶之间宽带通信的动态无线传输机制研究

With the development of marine fisheries, marine transportation, marine monitoring, and ocean right protection, it will be an effective approach of communications if various marine ships can form an Mobile Ad Hoc Netowk (MANET) for maritime broadband communications. However, it is a dictinct radio wave propagation environment between marine ships since the radio waves are influenced by different sea states, ship motions, and other factors. In addition, there is no fixed allocation of broadband spectrum resources for usage. Thus, the traditional terrestrial wireless transmission technologies can not be applied directly. It faces technical challenges to achieve broadband wireless data transmissions with long distance transmission, high transmission rate, robust network topology, and low complexity. This project first investigates the dynamic characteristics of radio wave propagation between marine ships. We will establish the large scale fading channel model considering ship motions and the small-scale multipath fading channel model considering scattering reflections from neignboring ships and sea surface. Then, the project proposes spectrum sensing algorithm based on multi-ship cooperative spectrum sensing for achieving spectrum sharing between sea and land. Next, the project studies the dynamic mechanisms of wireless broadband transmissions among the marine ships to adapt to the dynamic characteristics of radio propogation and the requirements of network topology between marine ships. This project explores the innovative wireless transmission technologies at the physical layer to provide technical support for ad hoc broadband communications among marine ships.

随着我国海洋渔业、海洋运输、海洋监测和海权维护的开展，海上多种船舶之间的移动自组织宽带通信成为一种有效的海域通信覆盖手段。海上船舶之间的具有特殊的电波传播环境，并受到海情级和船舶移动等因素影响，另外无固定分配的宽带频谱资源，传统陆地的无线传输技术难以直接应用。在海上船舶之间如何实现传输距离远、传输速率高、网络拓扑鲁棒、实现复杂度低的宽带无线数据传输面临技术挑战。本项目首先研究海上船舶之间电波传播的动态特征，建立考虑船体晃动的海上船舶间大尺度衰落信道模型和考虑临近船只和海浪漫反射的小尺度多径衰落信道模型。然后，本项目提出基于多船舶协同的宽带频谱感知算法来实现海上和陆地频谱资源共享。在此基础上，本项目研究海上船舶之间动态无线宽带传输机制，以适应海上船舶间电波传播的动态特征和组网拓扑要求。本项目在海上船舶之间无线传输的物理层技术进行了创新探索，为海上船舶之间移动自组织宽带通信提供相应的技术支持。

随着我国海洋渔业、海洋运输、海洋监测和海权维护的开展，海上多种船舶之间的移动自组织宽带通信成为一种有效的海域通信覆盖手段。海上船舶之间的具有特殊的电波传播环境，并受到海情级和船舶移动等因素影响，另外无固定分配的宽带频谱资源，传统陆地的无线传输技术难以直接应用。在海上船舶之间如何实现传输距离远、传输速率高、网络拓扑鲁棒、实现复杂度低的宽带无线数据传输面临技术挑战。本项目首先通过理论分析和仿真获得了考虑临近船只和海浪漫反射的海上船舶之间电波传播的小尺度多径衰落的信道模型，使其适用于不同海上通信环境（不同载波频率，不同通信距离，不同船只晃动形式，不同海情级）。然后，本项目研究了如何基于多船舶协同的宽带频谱感知算法来实现海上和陆地频谱资源共享。提出了一种基于奇异值分解的自适应盲宽带频谱感知性能提升框架，并提出了一种基于递进支撑集选择的自适应分布式宽带频谱感知方案。在此基础上，本项目研究了海上船舶之间动态无线宽带传输机制，提出了基于单载波频域均衡SC-FDE技术的海上船舶之间无线传输的信道估计方法和在频率选择性多径信道下基于级联均衡的超奈奎斯特传输方式。另外，本项目为支持海上船舶应用于物联网部署与采集，本项目研究了面向权重感知的传感器不完全覆盖优化技术和无线传感器网络不完全采集下的数据空间重构策略。本项目在海上船舶之间无线传输的物理层技术进行了创新探索，为海上船舶之间移动自组织宽带通信提供相应的技术支持。本项目共发表学术论文20篇，其中SCI检索论文9篇，EI检索论文11篇；申请了国家发明专利1项。该项目培养已毕业博士研究生2名，硕士研究生10名。