【摘要】：OFDM技術(shù)由于具有高頻帶利用率、參數(shù)靈活可調(diào)的特點在帶寬受限的水聲通信領(lǐng)域得到了極為廣泛的應用。信道估計技術(shù)作為OFDM系統(tǒng)中的一項關(guān)鍵技術(shù),實時精準的信道估計對于接收端的數(shù)據(jù)解調(diào)恢復具有重要意義。與無線通信相比,水聲信號受多途時延擴展以及信道時變特性的影響更大,盡管可以通過改變通信參數(shù)設置使OFDM符號持續(xù)時間短于信道相干時間以減小信道時變特性對通信信號的影響。但此舉也會放大多途衰落的影響,傳統(tǒng)信道估計方法必須通過增大導頻數(shù)量才能保持性能不變。但隨著研究的深入,水聲信道多途分布現(xiàn)已被證實具有稀疏性,通過利用壓縮感知理論可將水聲信道估計問題轉(zhuǎn)化為稀疏信號重構(gòu)問題,在不增加導頻數(shù)量的前提下可有效提高信道估計性能。然而現(xiàn)有的水聲壓縮感知信道估計方法大多采用逐符號方式進行,往往存在如下兩個問題:一是目前的壓縮感知重建算法普遍復雜度高,硬件實現(xiàn)難度大,因此難以應用于信道跟蹤等對實時性要求較高的場合;二是絕大多數(shù)的現(xiàn)有研究僅考慮了水聲信道在靜態(tài)時間上的內(nèi)在稀疏性,較少考慮動態(tài)信道下的情況,忽略了相鄰前后時間稀疏多徑信道存在的相關(guān)性,未能充分發(fā)掘壓縮感知理論的潛能。本文圍繞上述兩個問題,研究了處理時變稀疏信號的動態(tài)壓縮感知理論,并將水聲信道的動態(tài)變化與時變稀疏信號相關(guān)聯(lián),以OFDM水聲通信為應用背景,發(fā)展了兩種符合時變信道特征的稀疏信號模型。在此基礎(chǔ)上,分別針對上述兩個問題所處的情境,在水聲信道逐符號變化的假設下,充分挖掘了水聲稀疏信道多徑結(jié)構(gòu)存在的時間相關(guān)性特點,提出了兩種改進的壓縮感知算法。理論分析與仿真結(jié)果均表明,所提兩種算法很好地適應了上述兩種情景。本文所提兩種算法的創(chuàng)新點如下:1、改進SOMP算法:研究分布式壓縮感知理論,旨在將時域內(nèi)連續(xù)多個時隙內(nèi)的信道沖激響應估計問題轉(zhuǎn)化為分布式壓縮感知可以處理的空間內(nèi)多個稀疏信號的聯(lián)合恢復問題。根據(jù)水聲信道緩慢時變特點,所提算法是基于SOMP算法的改進算法,通過選取JSM1模型聯(lián)合恢復信道,增加在各時隙內(nèi)獨立抽頭的檢測,從而達到更高的估計性能。2、動態(tài)OMP算法:利用水聲信道沖激響應的時域相關(guān)性,通過AR過程模擬信道變化,建立動態(tài)稀疏觀測模型。該算法僅在初始時刻進行一次完整的OMP信道估計獲取信道支撐集,之后通過連續(xù)跟蹤前一時刻信道支撐集的變化來跟蹤信道,因此有效降低了算法復雜度,能較好地應用于信道跟蹤。
【圖文】：

圖 2.1 典型海洋聲速剖面及其對應的海洋截面Fig.2.1 Typical ocean sound speed profile and its corresponding ocean cross section2.1.2 傳播損失由于海水并非理想的無損耗介質(zhì)，聲信號在水下傳播時其能量會隨著傳播距離的增加而逐漸減弱。通常利用傳播損失來表征海洋中聲信號能量的損耗。而傳播損失又主要包括兩部分，即擴展損失和衰減損失。擴展損失是指聲波從聲源向外傳播時信號能量有規(guī)律衰弱的幾何效應，因此也被稱為幾何損失。根據(jù)聲傳播過程中海洋介質(zhì)的不同，擴展類型也不盡相同，對于理想的無限均勻介質(zhì)，擴展類型為球面擴展，擴展損失是距離的平方；但在實際的海洋中，由于水聲信道常呈現(xiàn)波導效應，并且考慮到聲速分布的不均勻性，擴展類型通常呈柱面擴展特性，相應的擴展損失是傳播距離的一次函數(shù)。衰減損失包括聲能量的吸收、散射以及聲能泄露，其中聲能量的吸收損失是造成衰減損失的主要原因。聲能吸收主要表現(xiàn)為海水介質(zhì)的吸收和海面海底邊界的吸收，，海水介質(zhì)的吸收實際是由于海水中存在的 B(OH)3、MgSO4等化學離子的弛豫效應造成的。除此之外，海水中的聲吸收損失還與聲波頻率密切相關(guān)，下圖 2.2 給出了海水的

圖 2.2 聲吸收系數(shù)與頻率的關(guān)系Fig.2.2 Relationship between acoustic absorption coefficient and frequency途效應于陸地無線電信號，聲波在水下傳播時存在多途效應。也就是說，波將沿不同路徑到達接收端，在此過程中，由于各路徑長度不同以造成各路徑到達接收端的時間不盡相同，從而引起接收端信號波形洋水聲通信中，造成水下聲傳播多途效應的主要原因有兩個：一是及水中物體的反射；二是水下聲波跨層傳輸時聲速梯度引起的折射海水聲信道，由于海面波浪起伏具有隨機性，因此淺海水聲信道中反射影響較大；后者主要發(fā)生于深海水聲信道，由于海水介質(zhì)的不速梯度的不同，聲波總是從聲速高的區(qū)域向聲速低的區(qū)域彎曲，從的折射引起多途。深海水聲信道，淺海由于海底海面邊界情況復雜，水中散射體多，
【學位授予單位】：江蘇科技大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN929.3

【參考文獻】

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本文編號：2617103