擴(kuò)展譜通信GLRT-聯(lián)合的信道估計(jì)、均衡和符號(hào)檢測(cè).pdf

1、本文瞄準(zhǔn)不確實(shí)信道下的有效、可靠通信，以信號(hào)處理、信息理論和傳播物理為支柱，在廣義似然比檢驗(yàn)（GeneralizedLikelihoodRatioTest，GLRT）框架下，進(jìn)行聯(lián)合的信道估計(jì)、均衡和符號(hào)檢測(cè)，以設(shè)計(jì)擴(kuò)展譜碼分多址(CodeDivisionMultipleAddress，CDMA)水下空時(shí)陣通信系統(tǒng)。
　　擴(kuò)展譜調(diào)制，在發(fā)射端，將待傳輸?shù)男畔⒂门c所傳輸?shù)男畔⑾嗒?dú)立的偽隨機(jī)碼擴(kuò)展成為寬帶信號(hào)，即使信號(hào)所占用的帶寬遠(yuǎn)遠(yuǎn)

2、超過(guò)所傳信息的必需帶寬;在接收端，使用完全相同的碼進(jìn)行同步相關(guān)/匹配接收以解擴(kuò)，進(jìn)而恢復(fù)所傳送的信息。固有冗余偽隨機(jī)碼的引入不僅使發(fā)射信號(hào)為大時(shí)間帶寬乘積信號(hào)，而且還讓發(fā)射信號(hào)呈現(xiàn)類噪聲性，以至于擴(kuò)展譜通信具有抗干擾、低截獲、高隱蔽等特性。在多用戶通信中，還可在每一發(fā)送信號(hào)中疊加不同的偽隨機(jī)碼來(lái)區(qū)分彼此，形成CDMA技術(shù)。
　　擴(kuò)展譜調(diào)制在實(shí)現(xiàn)形式上主要分為直接序列擴(kuò)展譜和跳頻擴(kuò)展譜兩種。直接序列擴(kuò)展譜利用偽隨機(jī)碼調(diào)制相移鍵控（P

3、haseShiftKeying，PSK）信號(hào)進(jìn)行譜的擴(kuò)展;跳頻擴(kuò)展譜是在一個(gè)發(fā)射信號(hào)間隔內(nèi)，按照偽隨機(jī)碼在一組預(yù)先規(guī)定的頻隙上隨機(jī)選擇一個(gè)或數(shù)個(gè)頻隙。與無(wú)擴(kuò)展調(diào)制方式相比，擴(kuò)展譜調(diào)制是以寬帶譜為代價(jià)來(lái)提高系統(tǒng)的可靠性的，利用CDMA技術(shù)，盡管相對(duì)于單用戶擴(kuò)展譜通信而言，譜有效性/每碼片的總?cè)萘康玫搅颂岣?，但采用隨機(jī)擴(kuò)展的CDMA技術(shù)相對(duì)于確定性擴(kuò)展的CDMA技術(shù)/無(wú)擴(kuò)展多用戶時(shí)的譜有效性仍存在損失。
　　水聲通信中，我們面臨的海洋

4、波導(dǎo)環(huán)境，特別是淺海波導(dǎo)環(huán)境，由于其邊界及介質(zhì)起伏效應(yīng)，造成時(shí)延和多普勒擴(kuò)展及其變化嚴(yán)重，致使經(jīng)海洋介質(zhì)傳播的聲信號(hào)呈現(xiàn)出時(shí)間和頻率選擇性衰落。其次，海洋信道還存在多用戶干擾、有意干擾及帶寬嚴(yán)重受限等問(wèn)題。因此，要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離且有效可靠的水下通信必須采用空時(shí)陣通信。
　　時(shí)域模糊度函數(shù)在大時(shí)間帶寬乘積波形下低旁瓣，且波形“越亂越好”，時(shí)間上波形頻率無(wú)序?qū)で髸r(shí)延-多普勒集中。因此，本文在調(diào)制器端施加偽隨機(jī)碼以發(fā)射信號(hào)，解調(diào)器端利用同

5、步偽隨機(jī)碼解調(diào)接收信號(hào)。
　　利用空時(shí)對(duì)偶性，空域模糊度函數(shù)在大空間帶寬乘積陣形下低旁瓣，且陣形“越亂越好”，空間上陣幾何取向無(wú)序?qū)で箨図憫?yīng)向量集中。因此，本文收發(fā)端均采用“偽隨機(jī)”雙螺旋線陣(DoubleSpiralLineArray，DSLA)來(lái)作收發(fā)波束形成，以實(shí)現(xiàn)有效接收和有效照射。
　　借助于信號(hào)的幾何表征和信號(hào)空間分析，在發(fā)射信號(hào)先驗(yàn)等可能情況下，最小差錯(cuò)概率準(zhǔn)則導(dǎo)出的白高斯信道下的最佳符號(hào)檢測(cè)器為最大似然檢測(cè)器

6、或最小距離檢測(cè)器，相應(yīng)的接收機(jī)為相關(guān)接收機(jī)及其等效的匹配濾波器。實(shí)際水聲通信中，反映信道傳播變化的測(cè)量模型中會(huì)存在未知參數(shù)如信道，因此，若采用先對(duì)未知參數(shù)作估計(jì)，然后選擇最有可能的假設(shè)，則構(gòu)成GLRT檢測(cè)器，其表現(xiàn)為:聯(lián)合的信道估計(jì)、均衡和符號(hào)檢測(cè)。為了跟蹤信道變化，應(yīng)采用自適應(yīng)均衡/濾波，如基于遞歸最小二乘(RecursiveLeastSquare，RLS)的均衡/濾波。先驗(yàn)信息與數(shù)據(jù)信息具有相加性，在基于數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上，根據(jù)信道的

7、空時(shí)演化特性構(gòu)建狀態(tài)-空間模型，然后在GLRT框架下，利用序貫貝葉斯濾波——卡爾曼/質(zhì)點(diǎn)濾波將先驗(yàn)信息規(guī)則化地嵌入到算法設(shè)計(jì)中，通過(guò)反饋，改善迭代過(guò)程的收斂，形成寬容性處理方法。
　　為了設(shè)計(jì)低復(fù)雜度擴(kuò)展譜CDMA序貫GLRT空時(shí)陣通信系統(tǒng)，本文首先著重對(duì)空時(shí)匹配濾波/時(shí)反技術(shù)進(jìn)行了研究，提出了循環(huán)平穩(wěn)時(shí)反技術(shù)、時(shí)反-正交空時(shí)塊編碼技術(shù)和時(shí)反波束形成技術(shù)。鑒于被動(dòng)時(shí)反是時(shí)+空處理，本文又提出采用空時(shí)聯(lián)合的陣處理方法——空-時(shí)最小均

8、方誤差(MinimumMeanSquareError，MMSE)來(lái)進(jìn)一步提高通信系統(tǒng)的可靠性。然后，本文將時(shí)反和空-時(shí)MMSE分別與卡爾曼/質(zhì)點(diǎn)濾波相結(jié)合設(shè)計(jì)了低復(fù)雜度的單載波/多載波擴(kuò)展譜CDMA水下空時(shí)陣通信系統(tǒng)。本文的研究?jī)?nèi)容按三個(gè)部分展開(kāi)。第一部分:水聲通信源-信道和空-時(shí)四維陣擴(kuò)展譜GLRT;第二部分:單載波擴(kuò)展譜通信GLRT;第三部分:多載波擴(kuò)展譜通信GLRT。在第二三部分又有層次地對(duì)兩個(gè)子內(nèi)容進(jìn)行研究:(1)時(shí)反擴(kuò)展譜通信