基于载波序号调制的水声多载波通信技术研究

Underwater acoustic communication plays an important role in various military and civilian engineering fields including resources exploitation, salvage. In recent years, high-speed underwater acoustic communication technology becomes a focus of international research. This project will extend the multicarrier based index modulation technique to underwater acoustic communication, and according to the characteristics of underwater acoustic channel carry out targeted research. At the sender, the research will be focused on encoding and modulation, optimal design of pilot. At the receiver the research will be focused on channel estimation and equalization, Doppler estimation, inter-carrier interference suppression and the maximum likelihood symbol detection. The expected outcomes of this project include patents, high-class papers and hardware testbed of underwater communication. The research group has been engaged in the research of underwater acoustic communication for years, and has build solid basic work for this project.

水声通信在海洋资源开发、打捞救援等多个军用及民用领域有重要应用。近年海洋开发越来越受重视，高速水声通信技术成为近年国际关注热点。本项目提出将多载波通信中的载波序号调制技术拓展到水声通信，并根据水声信道的特性开展针对性研究。在发送端重点开展序号编码调制、导频优化设计两个方面，在接收端重点关注信道估计与均衡、多普勒估计、载波干扰抑制、最大似然符号检测。力图获得整套新型高速水声通信技术，并同时开发实验演示系统进行验证。当前海洋经济，海洋工程装备得到国家层面的高度重视，列入多个国家及行业发展规划，项目的顺利开展将提供有力技术支撑。申请人及项目组成员一直从事水声通信相关研究，近年承担包含国基、教育部重大项目在内的多项科研项目，已有较好积累。承担单位已建设水声通信相关国家级科研基地，实验条件优良，完全有能力保障项目的顺利执行。

针对水声通信高谱效、高能效的需求，项目围绕OFDM序号调制的关键技术开展研究，在发送端重点通过拓展信道调制的维度来提升信号调制的谱效与能效，在发送端结合水声信道特点重点研究多普勒频偏的估计与补偿、低复杂度最大似然估计、信道估计与均衡等。代表性成果有：1）针对OFDM序号调制信号的特点，提出低复杂度的序贯蒙特卡罗（SMC）接收机，仿真结果表明所提出的SMC接收机在线性计算复杂度下，达到接近最优的最大似然(Maximum likelihood, ML)接收机的误比特性能。成果发表在国际权威期刊IEEE Trans. Signal Proc. 并入选ESI高被引论文；2）提出新型水声通信接收机结构，利用基于最小符号误码率准则和嵌入自适应判决反馈均衡器（DFE）的turbo结构，性能优于传统的最小均方误差（MMSE）均衡器；新接收机在数据帧的开始和结束处加入训练符号，所提出的接收机采用时间反转均衡来抑制DFE均衡的误差传播，其中通过将双向DFE的输出与等比组合来利用时间反转分集增益，成果应用于我国海洋深海监测数据的实时回传。项目结题时发表论文49篇，其中SCI论文35篇；申请发明专利30件，有两件发明专利已经通过专利权转让实现成果转化。研制通信节点超8套；培养博士生3人，硕士研究生8人。