【摘 要】
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随着国家“智慧海洋”概念的提出,稳定高效的海面通信服务越来越受到重视。远距离海洋通信场景中多采用卫星通信技术,但其存在通信时延较大、成本较高和战时易毁等缺点。短波通信技术不易受季节和天气变化等外部因素影响,其中短波地波通过电磁波绕射可以进行超视距传输,被广泛地应用于海面中远距离通信场景。由于海面环境复杂多变,起伏波动的海浪形成的粗糙海面会对短波地波信号传输带来散射多径效应,影响接收端误码率性能,大
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随着国家“智慧海洋”概念的提出,稳定高效的海面通信服务越来越受到重视。远距离海洋通信场景中多采用卫星通信技术,但其存在通信时延较大、成本较高和战时易毁等缺点。短波通信技术不易受季节和天气变化等外部因素影响,其中短波地波通过电磁波绕射可以进行超视距传输,被广泛地应用于海面中远距离通信场景。由于海面环境复杂多变,起伏波动的海浪形成的粗糙海面会对短波地波信号传输带来散射多径效应,影响接收端误码率性能,大气噪声等加性干扰源也会对电波传输带来较大影响。因此如何克服上述问题,进一步提高海面短波通信服务质量成为该研究领域亟待解决的问题。本文研究的具体内容如下:1:研究了不同海浪波高谱下的短波通信链路损耗。由Barrick理论可知,粗糙海面会影响海水表面的归一化阻抗,带来大尺度的链路损耗问题。在现有研究基础上,本文引入文圣常院士结合我国实际海况建立的文式波高谱进行研究,利用GRWAVE软件对不同海况参数下不同波高谱建模的粗糙海面短波地波通信链路损耗进行仿真分析。2:设计了粗糙海面短波地波的信道建模和信道估计方法。海面短波地波通信中,海风影响下的粗糙海面会对电磁波产生Bragg散射效应,从而造成信号的多径传输,同时引入Alpha稳定分布模型建立海面非高斯性的大气噪声干扰脉冲作为海面电波传输的主要加性干扰源,进而设计了单样本极化滤波器（SSPF）在信号矢量域对其进行抑制。针对建立的粗糙海面多径信道模型,本文首先采用ZC和m训练序列来进行信道估计,基于训练序列的信道估计方法在陆地蜂窝网络通信背景中有较广泛的研究,但是其在粗糙海面短波地波散射多径通信系统以及复杂大气噪声环境下的性能研究较少涉及。探究训练序列在复杂海况下的性能表现是本文的重点。3:研究了基于全连接神经网络（DNN）的信道估计模型。文中首先基于DNN网络,结合短波双极化系统模型,推导并建立了网络的输入及输出向量公式,然后对输入的训练数据集进行处理。其次,对网络主要参数进行仿真测试,观察其对模型训练的影响,同时将模型预测结果进行线下部署,分析DNN网络模型下的信道估计精度和误码率指标。仿真结果表明,基于DNN网络模型的信道估计方法可以明显提升低信噪比条件下的信道估计性能。4:基于FPGA开发平台对粗糙海面短波地波通信主要功能模块进行仿真验证。硬件主要包括以下几个模块:训练序列生成模块、信号调制模块、大气噪声生成模块和相关运算模块。硬件仿真结果表明,粗糙海面短波地波通信背景下基于训练序列的信道估计模型具有硬件可实现性。
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