濾波多音調(diào)制下的水聲信道估計(jì).pdf

1、水聲通信作為主要的水下遠(yuǎn)距離無線通信方式，在很多領(lǐng)域有著重要的應(yīng)用。然而水聲通信的研究面臨著很多方面的困難，如：水聲信號隨著信號頻率的增加而衰減；水聲信號在傳播過程中存在著時(shí)變的多徑效應(yīng)；水聲傳播速度較低等。本文針對水聲通信面臨的困難，結(jié)合多載波調(diào)制技術(shù)的特點(diǎn)，描述了一種在無線通信中應(yīng)用比較廣泛的基于濾波器組的多載波調(diào)制技術(shù)，即濾波多音調(diào)制技術(shù)(Filtered-Multitone Modulation, FMT)，并且在該調(diào)制技術(shù)下，

2、結(jié)合水聲信道的特性進(jìn)行水聲信道的估計(jì)和均衡。
　　本文首先從理論上推導(dǎo)了FMT調(diào)制技術(shù)在水聲通信中的可行性，通過仿真分析FMT調(diào)制技術(shù)的特點(diǎn)，其相對于正交頻分復(fù)用調(diào)制技術(shù)(Orthogonal Frequency Division Multiplexing, OFDM)技術(shù)的特點(diǎn)是其載波之間不是嚴(yán)格的“正交性”，然而其子載波之間有著間隔，子載波之間的干擾幾乎可以忽略，這樣對于抗Doppler有著一定的優(yōu)勢。
　　研究水聲信道

3、的特性是設(shè)計(jì)水聲通信系統(tǒng)的基礎(chǔ)。本文從水聲信道的特性出發(fā)，介紹了水聲信道中典型的時(shí)延Doppler雙擴(kuò)展特性和稀疏特性，并在此基礎(chǔ)上對水聲信道進(jìn)行建模分析。通過將幾條主要的到達(dá)徑分離來近似表達(dá)水聲信道，此外信道的幅度時(shí)變和時(shí)延時(shí)變通過多項(xiàng)式進(jìn)行擬合的方法來進(jìn)行表示。本文在此基礎(chǔ)上對水聲信道進(jìn)行參數(shù)化建模，并將此與FMT調(diào)制技術(shù)進(jìn)行結(jié)合，進(jìn)行后續(xù)的信道估計(jì)。
　　在得到水聲信道的參數(shù)化模型之后，本文通過該模型下的輸入輸出關(guān)系，將高維

4、的信道估計(jì)問題轉(zhuǎn)化為有限維度的信道參數(shù)估計(jì)問題，并且采用壓縮感知的算法進(jìn)行簡便求解。本文通過信道的幅度時(shí)變和時(shí)延時(shí)變的特點(diǎn)，提出一種分步估計(jì)的方法，該方法結(jié)合信號的前后導(dǎo)頻來估計(jì)相應(yīng)時(shí)刻的信道，然后結(jié)合信道建模特性擬合信道的相應(yīng)參數(shù)來進(jìn)行信道估計(jì)。通過仿真進(jìn)行對上述方法的驗(yàn)證。
　　水聲通信中時(shí)延擴(kuò)展引起嚴(yán)重的符號間干擾(Inter-Symbol Interference, ISI)，特別是在FMT調(diào)制技術(shù)背景下，ISI是不可忽略

5、的，是限制淺海水聲通信性能的一個(gè)重要原因。針對這個(gè)問題，F(xiàn)MT調(diào)制需要在接收端進(jìn)行相應(yīng)的均衡處理。本文主要描述了在FMT調(diào)制技術(shù)下的基于遞歸最小二乘(Recursive Least Squares, RLS)算法的自適應(yīng)判決反饋(Decision Feedback Equalization, DFE)均衡，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合分?jǐn)?shù)間隔采樣以及基于鎖相環(huán)的Doppler補(bǔ)償方法進(jìn)行優(yōu)化。此外，本文還提出了一種基于信道估計(jì)的均衡，根據(jù)理論推導(dǎo)F