水声通信原理与技术 pdf下载

本书以设计低复杂度、高可靠性的水声通信系统为目的，针对物理层中的信道编解码及均衡技术，进行了理论研究、性能评估，仿真及水下试验验证，具有一定的理论及实践价值。本书理论与实践应用相结合，结合水声信道的特点，对水声通信系统的物理层关键技术进行了理论研究、算法改进及试验验证。内容翔实，结构合理。本书适合水声通信领域的本科高年级、研究生或专业技术人员学习参考。

　　《水声通信原理与技术》是一本介绍水声通信系统原理与技术的学术专著。从提高水声通信系统整体性能出发，结合水声信道的特点，着重对低密度奇偶校验码及自适应均衡进行研究。从低密度奇偶校验码校验矩阵的构造、编解码各环节的改善策略，到联合编解码与自适应均衡技术的Turbo均衡算法，从中短距水下通信到长距水下通信进行理论研究、算法改进及试验验证。最后，对水声通信系统的实时实现问题进行探讨。
　　《水声通信原理与技术》著者结合多年的水声通信理论研究和系统开发实践经验，循序渐进地介绍水声通信系统相关知识，让读者能够系统地掌握水声通信原理及系统设计技术。
　　《水声通信原理与技术》可供水声通信领域的高年级本科生、研究生或专业技术人员学习或参考。

戚肖克，2009年本科毕业于南开大学，2014年博士毕业于中国科学院大学。现在中国政法大学工作，副教授。主要研究方向为：无线通信、自然语言处理。目前已发表学术论文十余篇，申请专利十余项。主持1项国家自然科学基金，并参与多项国家重点研发计划。

第1章 绪论
1．1 水声通信系统研究背景
1．2 水声通信的发展
1．2．1 模拟通信体制
1．2．2 非相干通信体制
1．2．3 相干通信体制
1．3 水声通信系统关键技术研究现状
1．3．1 信道编解码技术
1．3．2 均衡技术
1．4 本章小结

第2章 水声信道对水声通信系统的影响
2．1 引言
2．2 传播损失及环境噪声
2．3 多径效应
2．4 水声通信信道的时变特性
2．5 与陆上无线信道的比较
2．6 通信声呐方程
2．7 水声通信信道的信道容量
2．8 本章小结

第3章 水声通信技术概述
3．1 引言
3．2 调制技术
3．2．1 调制技术概述
3．2．2 调制技术的分类
3．2．3 常用数字调制技术
3．2．4 多输入多输出系统
3．3 信道编码技术
3．3．1 信道编码技术概述
3．3．2 信道编码技术的分类
3．3．3 几种经典的信道编码算法
3．4 低密度奇偶校验码
3．4．1 LDPC码的矩阵表示与Tanner图表示
3．4．2 LDPC码的构造算法
3．4．3 LDPC码的编码算法
3．4．4 LDPC码的解码算法
3．5 均衡技术
3．5．1 均衡器分类
3．5．2 均衡器系数更新算法
3．6 Turbo均衡
3．7 本章小结

第4章 可逆QC-LDPC码
4．1 引言
4．2 QC-LDPC码概述
4．3 可逆QC-LDPC码校验矩阵的构造
4．4 基于可逆校验矩阵的快速编码算法
4．5 性能分析
4．5．1 复杂度分析
4．5．2 EXIT图分析
4．5．3 误码率性能分析
4．6 本章小结

第5章 基于导频辅助的LDPC编解码
5．1 引言
5．2 基于硬导频的LDPC编码器
5．3 基于导频辅助的解码算法
5．3．1 软导频提取的理论依据
5．3．2 软导频提取算法
5．3．3 基于导频辅助的解码算法
5．4 性能分析
5．5 本章小结

第6章 基于加窗误差自相关估计的联合RLS-LMS均衡
6．1 引言
6．2 问题提出
……
第7章 基于软硬导频辅助的Turbo均衡
第8章 基于阈值的判决反馈均衡
第9章 实时水声通信系统实现
第10章 总结与展望
附录 部分学术用语中英文对照表
参考文献

　　随着科技水平的不断发展，海洋以其巨大的资源潜力和重要的战略地位受到人们越来越高的重视。水声通信技术作为一切获取水下信息应用的基础，成为了海洋研究的热点之一。
　　水声通信作为一门综合性学科，涉及物理、通信原理、信号处理技术、传感器技术等多门学科。水声通信技术的目标是实现比特流的可靠无误的传输，构建水声传感器网络、多媒体数据的传输等都离不开可靠的水声通信技术。
　　水声无线通信的性能依赖于声波在水中的传播特性。相比于陆上电磁波信道，水声信道中的延迟扩展高出其他信道几个数量级，导致了更低的数据传输速率。另外，水声信道的多径扩展从50ms到几秒的数量级变化。通信距离越长，延时和多径数目也相应增加，从而导致多径扩展越高。水声信道的不同决定了不能将陆上已成熟的通信算法直接应用在水声通信系统中。同时，水声通信机以电池供电，内存和能量有限。因此，必须根据水声信道的特征研究适合水声信道的低复杂度通信算法。
　　本书以设计低复杂度、高可靠性的水声通信系统为目的，针对物理层中的两个关键部分——信道编解码及均衡，进行了理论研究、性能分析及试验验证。具体章节安排如下。
　　第1章简要介绍本书的研究背景，对水声通信的发展轨迹进行了归纳，并总结信道编解码和均衡技术的研究现状。
　　第2章研究水声信道特性对水声通信系统的影响。介绍水声信道中的传播损失及环境噪声对信噪比的影响，然后研究水声信道中的多径效应和时变特性。具体来说，多径效应不仅增大了传播损失，还使得符号间相互叠加，引起码间串扰的产生，而信道的时变性则导致了信号的扩展或压缩，给系统设计和信号恢复带来极大困难。基于以上研究，本章比较了水声信道与几种典型的无线电信道，从相干时间、相干带宽等方面反映了水声信道的复杂性与特殊性。最后将声呐方程引入到水声通信系统的设计，通过综合考虑水声信道特性对通信的影响，为水声通信系统设计提供了一个基本依据。
　　第3章对水声通信系统关键技术进行了概述，包括调制技术、信道编码技术和均衡技术。重点介绍了以上技术的现状、基本原理及常用的技术。
　　第4～5章研究低密度奇偶校验（Low Density Parity Check，LDPC）码在水声通信系统中的应用。其中，第4章针对传统LDPC 码存在的校验矩阵使用不灵活、准循环LDPC（Quasi Cyclic-LDPC， QC-LDPC）码校验矩阵不满秩、编码复杂度高等问题，研究低复杂度的可逆QC-LDPC 码。为了提高LDPC 码的性能，第5章研究导频辅助的LDPC编解码，通过插入硬导频和提取软导频辅助解码的策略，提高解码过程中变量节点与校验节点之间消息传递的可靠性，阻止错误消息的传播，从而降低数据误码率。
　　第6～8章研究均衡技术在水声通信系统中的应用。其中，第6章对复杂水声信道下的均衡技术进行了研究。针对水声信道的时变性特征，提出了基于加窗误差自相关估计的联合RLS-LMS 算法，根据水声信道的实时状况自动选择合适的算法，改善均衡的整体性能。为了提高中短距水声通信系统的性能，第7章介绍了基于软硬导频辅助的线性Turbo均衡（P-TE）算法。P-TE算法加入了二阶LMS 算法、自适应步长因子调整算法和来回扫描数据处理方法，显著提高了均衡性能，降低了需要的迭代次数。针对远距水下通信系统，第8章研究基于阈值的判决反馈 （TDF） 均衡算法，根据信道的变化增加跟踪的灵活性，并且尽可能地降低复杂度，解决水声直接序列扩频通信系统存在的均衡器不能最优地跟踪水声信道的时变性的问题。
　　第9章针对水声通信机计算和存储能力有限的问题，探讨了水声通信系统的实时实现。
　　第10章总结本书的主要内容，并对水声通信系统的研究进行展望。
　　通过研究水声通信系统的关键技术——编解码技术和均衡技术，可以提高水声通信系统在长短距离传输时的可靠性，为后续节点组网、信息获取提供不可或缺的数据基础。
　　本书适合水声通信领域的高年级本科生、研究生或专业技术人员学习参考。