【摘要】：近年來,軍用、民用海洋信息化工程得到快速發(fā)展,水下通信的廣泛應(yīng)用需求迫切需要高速率可靠通信技術(shù)的支持,特別是在信息需要實時處理的領(lǐng)域。目前,水聲通信技術(shù)是進行水下無線通信的主要技術(shù)手段,而水聲信道因其自身嚴重時變、多徑、多普勒等效應(yīng)使得接收信號發(fā)生混疊,帶來嚴重的碼間串擾(Inter Symbol Interference,ISI);超奈奎斯特(Faster Than Nyquist,FTN)技術(shù)可以打破Nyquist準則的限制,使系統(tǒng)獲得更高的傳輸速率,但卻以引入自身ISI為代價。而如何在水聲FTN系統(tǒng)接收端以較低復(fù)雜度算法的對嚴重的ISI進行消除成為制約FTN傳輸技術(shù)應(yīng)用于水聲通信的主要問題。因此,本文針對水聲FTN系統(tǒng)接收端均衡技術(shù)展開分析和研究。主要工作概述如下:1.對水聲信道特性進行詳細的分析,對FTN傳輸理論和Mazo界進行推導(dǎo)并仿真,驗證FTN傳輸?shù)目尚行?從本質(zhì)上掌握水聲FTN傳輸系統(tǒng)ISI產(chǎn)生的原因。2.推導(dǎo)單載波水聲FTN傳輸系統(tǒng)等效模型,基于此模型,研究分析傳統(tǒng)均衡算法在水聲FTN傳輸系統(tǒng)中的適用性,主要包括線性均衡算法如最小均方誤差(Mininum Mean Squared Error,MMSE)均衡算法、判決反饋均衡算法和Turbo均衡算法。3.針對水聲信道時變快等特點,設(shè)計雙向幀結(jié)構(gòu),在信道估計算法的基礎(chǔ)上結(jié)合MMSE-Turbo結(jié)構(gòu)軟信息交互原理,提出一種適用于FTN傳輸系統(tǒng)的低復(fù)雜度雙向時域均衡的Turbo軟信息迭代接收算法并在瑞利衰落多徑信道和模擬時變水聲信道中進行仿真分析,驗證算法具有良好的誤碼率性能和較低的復(fù)雜度。4.將上述算法應(yīng)用到水聲FTN接收機中,引入空間分集技術(shù)并對其時間反轉(zhuǎn)合并算法進行推導(dǎo),提出一種雙向時域均衡的Turbo軟信息迭代分集接收算法。為了加快收斂速度,將時域均衡擴展到時-頻二維均衡,提出一種雙向時頻聯(lián)合均衡的Turbo軟信息迭代分集接收算法。5.在浙江千島湖進行不同加速因子、不同距離、不同季節(jié)、不同移動速率的實驗。實驗結(jié)果表明,本文提出的算法在水聲FTN傳輸系統(tǒng)的不同應(yīng)用場景中都具有良好的誤碼率性能,具有一定的實際應(yīng)用價值。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TB56;TN929.3
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文徑效應(yīng)效應(yīng)是確定信道響應(yīng)的重要因素，聲波的速度在水中隨著深度的增同的聲波的折射效應(yīng)，信道邊界的靠近引起水底、水平面的多次聲勻介質(zhì)的分布對聲波產(chǎn)生了不同程度的散射作用。以上因素使得來過不同的路徑到達接收機產(chǎn)生多徑效應(yīng)，導(dǎo)致接收信號產(chǎn)生嚴重混該現(xiàn)象的產(chǎn)生將對接收機的均衡算法提出更加嚴格的性能要求。MATLAB在水聲信道模擬器BELLHOP產(chǎn)生淺海傳輸50m和深海傳徑效應(yīng)的示意圖如圖 2-1 所示，設(shè)置淺海聲速固定為 1531m/s，深)計算，反射系數(shù)、聲速剖面、海底地形等參數(shù)采用默認值。

圖 2-2 千島湖時變多徑信道估計圖應(yīng)速度約為83 10 m/s，而由 2.1.1 節(jié)聲速模型估算可知，1500m/s ，二者速率相差了 5 個數(shù)量級。在水聲通信中，的頻率較快，傳統(tǒng)無線通信中比特持續(xù)時間極短可近似。同時，信號發(fā)送機和接收機的相對運動表面引起的變移、信號的散射和路徑長度變化，導(dǎo)致水聲信道表現(xiàn)出體自身的流動、溫度隨時間、空間的變化或外界引起的水聲信道的時變性[55]。時變信道特性將會引起頻率變化的信號發(fā)生頻移和頻散現(xiàn)象，這就是多普勒效應(yīng)。在經(jīng)信道抽頭20 40 60 800

水聲信道與 FTN 傳輸11圖 2-2 千島湖時變多徑信道估計圖2.1.4 多普勒效應(yīng)電磁波的傳輸速度約為83 10 m/s，而由 2.1.1 節(jié)聲速模型估算可知，聲波在海洋中的傳輸速度約為1500m/s ，二者速率相差了 5 個數(shù)量級。在水聲通信中，其比特持續(xù)時間較長，環(huán)境變化的頻率較快，傳統(tǒng)無線通信中比特持續(xù)時間極短可近似為非時變信道的思想將不再適用。同時，信號發(fā)送機和接收機的相對運動表面引起的變化將會導(dǎo)致聲速剖面反射點的位移、信號的散射和路徑長度變化，導(dǎo)致水聲信道表現(xiàn)出快速的時變特性。另一方面，水體自身的流動、溫度隨時間、空間的變化或外界引起的微小波動也會在一定程度上加劇水聲信道的時變性[55]。時變信道特性將會引起頻率變化，從而使水聲通信接收機接收到的信號發(fā)生頻移和頻散現(xiàn)象，這就是多普勒效應(yīng)。在經(jīng)典的通信理論中，多普勒頻移可表示為：d cvf fc (2-9)其中，df 表示多普勒頻移，cf 表示載波頻率

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本文編號：2752980