面向非平坦非平稳的水下可见光信道建模与通信技术研究

基本信息
批准号:61871255
项目类别:面上项目
资助金额:63.00
负责人:杨昉
学科分类:
依托单位:清华大学
批准年份:2018
结题年份:2022
起止时间:2019-01-01 - 2022-12-31
项目状态: 已结题
项目参与者:潘长勇,张洪明,马旭,高俊男,王腾蛟,孙雅琪,黄璇
关键词:
帧结构设计多输入多输出信道建模水下可见光通信信道估计
结项摘要

With the increasing demands of the ocean exploration, the underwater wireless communication technology with high data rate and reliability has become especially important. Compared to the radio frequency and acoustic communication counterparts, underwater visible light communication takes the advantages of wide spectrum, high data rate, low power consumption, low cost, and easy deployment as well. However, the existing communication technologies are faced with significant challenges due to the complicated and severe underwater environments. Hence, the research of this project focuses on the channel modeling and communication technology for the underwater visible light communication. Firstly, a multi-parameter and time-frequency-space-based multi-dimensional channel model will be constructed for the sophisticated underwater visible light channel, which characterizes both the non-flat property in the frequency domain and the non-stationary property in the time-frequency domain. Secondly, an efficient hybrid modulation scheme and a novel time-frequency signal frame structure will be designed, which can improve the spectral and energy efficiencies of the underwater visible light communication. Thirdly, based on the compressive sensing theory and the basis expansion model, the channel estimation accuracy will be improved. Finally, the spatial expanding transmission technology and the structured compressive sensing based recovery method will be studied in the multiple-input multiple-output (MIMO) underwater optical systems to further enhance the capacity and robustness of the systems. The project will improve the underwater visible light channel model, and overcome the technical difficulties of the underwater visible light communication. With these efforts, the spectral efficiency, energy efficiency, and overall reliability of the underwater optical communication systems could be promoted, which will support the implementation of national maritime power strategy.

随着海洋探测等领域需求的不断增长,高速可靠的水下无线通信技术变得尤为重要。相较于其他水下无线通信方式,水下可见光通信具有宽频谱、高速率、低功耗、低成本、易部署等优势,但却面临复杂的水下传输环境等挑战,为此,本项目致力于开展水下可见光信道建模与通信技术研究。首先,针对实际水下可见光信道的频域非平坦、时域非平稳的特点,构建时频空多维度多参数信道模型;其次,设计一套高效的混合调制方案与新型时频信号帧结构,提升水下可见光通信的频谱和能量效率;再次,基于压缩感知理论和基展开模型,提升信道估计精度;最后,研究多输入多输出水下可见光系统中的空间拓展传输技术与结构化压缩感知估计方法,进一步提高系统的容量和鲁棒性。本项目将完善水下可见光信道模型,攻克水下可见光通信技术难点,提升水下光通信系统的频谱效率、能量效率和整体可靠性,助推我国“海洋强国”战略的实施。

项目摘要

海洋对于当今时代在资源开发、科技发展、领土维权方面具有重要的意义。海洋是彰显国家实力、维护国家安全的战略要冲,海洋也是人类可持续发展的重要战略空间,开发海洋资源能够缓解人类与资源环境之间日益严峻的矛盾。随着海洋探测等领域需求的不断增长,高速可靠的水下无线通信技术变得尤为重要。相较于其他水下无线通信方式,水下可见光通信具有宽频谱、高速率、低功耗、低成本、易部署等优势,但却面临复杂的水下传输环境等挑战。为此,本项目致力于开展水下可见光信道建模与通信技术研究, 重点突破非平坦非平稳信道下水下可见光通信系统的信道建模、帧结构设计、调制方案选择、信道估计、多输入多输出等重大瓶颈与关键问题,将从夯实数学模型、巩固理论基础、提升算法性能、设计系统仿真等多个方面,解决水下可见光通信技术在复杂传输条件下面临的一系列问题,达到构建高效可靠的水下可见光通信理论架构的科学目标。本项目发表高水平SCI论文30余篇;申请中国发明专利8项。作为牵头人形成可见光通信标准1项目,参与相关标准多项。相关研究成果获得世界信息社会峰会(WSIS)冠军奖、日内瓦发明展览会金奖、国家发明展览会金奖、北京市发明创新大赛金奖。作为第一完成人获得中国电子学会自然科学二等奖。

项目成果
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数据更新时间:2023-05-31

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