本書以實現(xiàn)帶內全雙工水聲通信為目標,圍繞自干擾信號成分及信道結構研究不清晰、模擬域自干擾抵消性能受硬件設備參數(shù)影響、時變自干擾信道估計與數(shù)字域自干擾抵消性能受限等問題,較全面地論述了帶內全雙工水聲通信系統(tǒng)理論與相關技術,并提出了適用于帶內全雙工水聲通信技術的研究框架體系,具有較強的實踐性。最后,基于已有研究與實驗結果,對未來研究重點方向進行了展望。
序 海洋信息系統(tǒng)建設是推進我國海洋強國戰(zhàn)略的重要一環(huán)。隨著我國海洋強國戰(zhàn)略的深入實施,對我國海洋信息技術特別是水下信息傳輸技術的發(fā)展提出了新的要求。與此相關的水下平臺集群協(xié)同概念的提出,也同樣要求進一步提高水下信息傳輸能力。因此,水下信息傳輸技術成為我國海洋信息科學領域科研人員研究熱點。水聲通信作為目前已知的 一種可靠遠程水下無線信息傳輸技術,因可以為各類水下信息傳輸需求提供解決方案,逐漸獲得越來越多的關注、研究與應用探索。而目前,各類應用對水聲通信技術的需求已從低速率、單一化信息傳輸業(yè)務發(fā)展為高速率、多樣化的業(yè)務。可預見的是,以半雙工體制為主的水聲通信網(wǎng)絡性能將無法滿足日益增長的水下信息傳輸需求。帶內全雙工水聲通信技術可實現(xiàn)同時發(fā)射和接收相同頻帶內的通信信號,理論上其頻率利用效率可達到傳統(tǒng)半雙工水聲通信的兩倍,在水聲信道可用頻譜資源嚴重受限的背景下具有重要的研究意義與應用價值。帶內全雙工水聲通信技術在實現(xiàn)過程中面臨的 主要挑戰(zhàn)即是對本地自干擾信號的抵消,這是一份難度極高的工作。本書建立在作者多年來針對頻分全雙工水聲通信、帶內全雙工水聲通信技術研究及工程實踐的基礎上,利用自研帶內全雙工水聲通信工程樣機,進行了深入探索、研究與實踐。針對研究過程中所遇的技術問題提出了相應的解決方案與思路,并給出了系列重要結論與相關技術在工程應用中的建議。因此,本書在 全面、系統(tǒng)地構建適用于帶內全雙工水聲通信系統(tǒng)的自干擾信道估計與抵消理論研究框架,理論與實踐并重,將為推動帶內全雙工水聲通信技術后續(xù)研究及通信機的多樣化應用起到積極的作用。希望本書的出版能夠為我國海洋信息科學技術,特別是帶內全雙工水聲通信技術的發(fā)展、創(chuàng)新與突破提供一些思路與幫助。也希望可以得到廣大讀者的批評與建議,為海洋信息技術領域的發(fā)展做出自己的貢獻!
目錄
第1章緒論/1
1.1水聲通信技術研究現(xiàn)狀簡述/2
1.2水聲通信調制解調器及其網(wǎng)絡化應用/6
1.3全雙工通信技術優(yōu)勢與研究現(xiàn)狀分析/12
1.4帶內全雙工通信系統(tǒng)自干擾抵消與抑制關鍵技術分述/16
1.4.1傳播域自干擾信道建模技術研究現(xiàn)狀/17
1.4.2模擬域自干擾抵消技術研究現(xiàn)狀/18
1.4.3數(shù)字域自干擾抑制技術研究現(xiàn)狀/20
1.4.4空間域自干擾抑制技術研究現(xiàn)狀/22
1.5帶內全雙工通信系統(tǒng)整體研究趨勢分析/23
1.6本書主要內容和結構/26
參考文獻/28
第2章傳播域自干擾信道建模與特性分析/41
2.1自干擾信號傳播過程分析/41
2.2帶內全雙工水聲通信環(huán)路自干擾信道建模/42
2.2.1帶內全雙工通信節(jié)點簡化模型/42
2.2.2簡化模型仿真誤差控制與參數(shù)配置/44
2.3帶內全雙工水聲通信多徑自干擾信道建模/47
2.3.1多徑自干擾信道基本模型/47
2.3.2時變多徑自干擾信道建模/51
2.4傳播域自干擾信道仿真結果分析/53
2.4.1環(huán)路自干擾信號傳播過程與構成分析/53
2.4.2環(huán)路自干擾信道特性分析/55
2.4.3靜態(tài)多徑自干擾信道仿真與特性分析/58
2.4.4時變多徑自干擾信道仿真/60
2.5外場驗證實驗結果分析/62
2.5.1實測環(huán)路自干擾信號特性分析/63
2.5.2實測環(huán)路自干擾信道特性分析/65
2.5.3實測多徑自干擾信道特性分析/67
2.5.4IBFDUWA通信節(jié)點設計策略/67
2.6設計策略/69
2.7內容與結論/69
2.8內容凝練/70
參考文獻/70
第3章模擬域自干擾抵消方案及影響因素分析/72
3.1模擬域自干擾抵消基本方案性能分析/72
3.1.1自干擾抵消需求分析/73
3.1.2模數(shù)轉換位數(shù)對模擬域自干擾抵消需求影響分析/75
3.1.3常規(guī)模擬域自干擾抵消方案性能理論分析/78
3.1.4常規(guī)模擬域自干擾抵消方案性能仿真分析/80
3.2自干擾非線性分量特征及預失真補償技術/83
3.2.1功率放大器非線性失真特性分析/83
3.2.2基于MP模型的非線性失真影響分析/86
3.2.3功放輸出重構與數(shù)字預失真補償技術/87
3.3主要內容與結論/95
3.4內容凝練/95
參考文獻/95
第4章基于輸出重構的數(shù)字輔助模擬域自干擾抵消技術/98
4.1數(shù)字輔助模擬域自干擾抵消技術分類/98
4.2基于PADAASIC的系統(tǒng)結構與基本原理/99
4.3基于MPDAASIC的系統(tǒng)結構與基本原理/101
4.4基于DPDMP/ PADAASIC的系統(tǒng)結構與基本原理/103
4.5DAASIC方法仿真性能分析/105
4.5.1自干擾抵消性能理論仿真與分析/105
4.5.2PADAASIC仿真結果與性能分析/105
4.5.3MPDAASIC仿真結果與性能分析/107
4.5.4DPDMP/PADAASIC仿真結果與性能分析/110
4.6實測硬件參數(shù)下的方案性能分析/112
4.6.1硬件參數(shù)測量實驗與電路仿真參數(shù)設置/112
4.6.2電路仿真結果與性能分析/113
4.7主要內容與結論/121
4.8內容凝練/121
參考文獻/121
第5章時變信道下數(shù)字域自干擾抵消關鍵技術研究/123
5.1時變自干擾傳播信道特征分析/124
5.1.1時變自干擾傳播信道系統(tǒng)函數(shù)分析/124
5.1.2時變自干擾傳播信道局部穩(wěn)定性/127
5.2時變自干擾傳播信道估計與自干擾抵消技術/130
5.2.1Kalman濾波器基本原理/131
5.2.2分簇路徑特征變化驅動的信道結構跟蹤技術/133
5.3算法仿真及性能分析/137
5.3.1仿真場景與參數(shù)設置/137
5.3.2仿真數(shù)據(jù)處理結果與性能分析/138
5.4主要內容與結論/141
5.5內容凝練/142
參考文獻/142
第6章基于變遺忘因子RLS濾波器的數(shù)字域自干擾抵消技術/144
6.1自干擾傳播信道估計性能分析 /144
6.1.1基于RLS濾波器的信道估計性能分析/145
6.1.2時變自干擾傳播信道下RLS穩(wěn)態(tài)性能分析/147
6.2變遺忘因子RLS濾波器/149
6.3算法仿真及性能分析/151
6.3.1仿真場景與參數(shù)設置/151
6.3.2仿真數(shù)據(jù)處理結果與性能分析/152
6.4主要內容與結論/160
6.5內容凝練/161
參考文獻/161
第7章帶內全雙工水聲通信技術研究新思路與展望/162
7.1難點分析與總結/164
7.1.1空間域自干擾抑制難點分析/165
7.1.2傳播域自干擾信道估計難點分析/165
7.1.3模擬域自干擾抵消難點分析/167
7.1.4數(shù)字域自干擾抵消難點分析/169
7.2帶內全雙工水聲通信技術研究新思路/170
7.2.1自干擾成分及信道認知與強度抑制新思路/170
7.2.2基于先驗干擾信道信息的干擾抵消新思路/193
7.2.3模擬域自干擾抵消過程中發(fā)現(xiàn)的新問題/198
7.2.4帶內全雙工水聲通信體制、幀結構設計思路與建議/199
7.3未來研究方向與預期應用場景/200
參考文獻/201
附錄英文縮寫詞、簡寫對照表(中英)/203
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