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水声网络技术是集海洋科学、信息科学为一体的交叉学科，在海洋立体观测、海洋资源开发与保护、海洋环境灾害预报、海洋国防安全和水下科考等方面有广泛应用。目前，水声网络的发展主要受制于两个方面:一是高可靠性的水声点对点数据传输技术;二是适合水声信道特点的高效节能的水声网络协议。围绕这两点，论文从信道编码角度展开研究。由于水声物理层中的信道编码问题主要利用码字内码元间固有的相关性，在一个数据帧（符号块）内进行纠错，获得编码增益。针对物理层可靠性问题，论文重点研究了准循环LDPC(Quasi-Cyclic LDPC，QC-LDPC)码在水声信道中的设计、码率兼容LDPC(Rate-Compatible LDPC，RC-LDPC)码在水声自适应信道编码方案中的设计问题。而水声网络层中的编码问题则是利用码字内码元间固有的相关性，通过不同的数据帧（符号块）或者不同的协作用户发送码字的不同部分，在各个数据帧（符号块）之间或者各个协作用户之间进行纠错，同时获得编码增益和分集增益。针对水声网络高效节能问题，论文重点研究了单协作点的水声OFDM动态编码协作、多协作点的动态网络编码协作以及动态网络-信道联合编码协作等水声网络信道编码前沿问题。
论文的主要工作如下:
1.从提高水声网络性能角度，分析水声信道的主要特性及其对水声网络系统的影响，总结了系统仿真中的水声信道模型，并给出建模实例;
2.从提高节点传输可靠性、实时性的角度，提出采用QC-LDPC码作为水声网络节点数据传输的信道编码方案:研究了QC-LDPC码编译码参数设计的影响;分析了QC-LDPC码在水声信道中的性能，并结合海试数据进行分析;
3.从提高信道利用率的角度，提出在水声网络节点数据传输中采用自适应信道编码技术:采用RC-LDPC码构建码率自适应方案，研究了不同母码设计、调整步长因子设计、信道状态(Channel State Information，CSI)估计误差、信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)估计误差等因素的影响，并分析了系统对时变信道的敏感性，给出海试数据分析;
4.从对单协作点进行编码的角度，提出重复冗余协作和额外冗余协作两种基于OFDM调制的水声网络动态编码协作方案:给出算法推导;采用RC-LDPC码给出设计案例，并分析不同协作模式、不同位置和发送功率等设计对系统性能的影响;并在基于TI OMAP-L137 DSP开发板设计的水声OFDM Modem样机上，进行水槽和水池实验验证;
5.从对多协作点进行编码的角度，提出在水声网络中采用选择性中继协作、动态网络编码协作以及动态网络-信道联合编码协作三种协作通信方案:给出算法推导;并以5个水下节点非对称分布为例，与传统自动重传请求(AutomaticRepeat-reQuest，ARQ)协议、固定码率的自适应网络编码协议进行比较，分析系统性能。
主要创新点如下:
1.由于按最坏信道质量进行信道编码设计会导致极低效的信道利用，提出在水声网络节点数据传输中采用自适应信道编码技术，结合RC-LDPC码进行仿真分析和海试数据验证;
2.为支撑更高速率、更高带宽的水声数据传输，改善网络覆盖性能，提出水声动态编码协作方案，实现对频率、时间、空间等多维资源的有效复用，以节约水声网络资源，提高带宽效率和吞吐量;
3.在单协作点水声动态编码协作中，提出使用OFDM调制，通过设置足够大的保护间隔，可容忍轻微的异步传输，同时又能克服大时延、强多途水声信道造成的干扰;
4.结合水声OFDM调制与动态编码协作，提出重复冗余和额外冗余两种中继工作模式，仿真分析了系统性能，在国内外首次通过水声Modem样机进行水声动态编码协作的水槽和水池实验验证其效果;
5.针对实际应用中多协作点非对称分布的水声网络编码协作问题，提出选择性中继协作、动态网络编码协作以及动态网络-信道联合编码协作三种协作方案，参与协作的中继节点数目和网络编码的码率均为动态，提高了吞吐量。