要有效提高水聲通信的傳輸速率就必須克服水聲信道傳輸帶寬窄的限制,因此多入多出-正交頻分復用(Multiple Input and Multiple Output-Orthogonal Frequency Dvision Multiplexing,MIMO-OFDM)技術近年來在水聲通信中迅速發(fā)展,MIMO-OFDM不僅可以提高傳輸帶寬的利用率,而且由于OFDM技術將有限的傳輸帶寬分為若干個正交子載波,使得MIMO-OFDM技術還對頻率選擇性衰落有一定的抑制作用。近年來通過提高分集增益提升系統(tǒng)性能的空頻分組編碼(Space-Frequency Block Coding,SFBC)和空時分組編碼(Space-Time Block Coding,STBC)也逐漸引入水聲通信。同時水聲信道較強的稀疏性,使得稀疏信道估計算法在水聲信道估計中廣泛應用,為進一步減少多途擴展所造成的載波間干擾,利用了軟反饋進行迭代均衡的turbo均衡算法。因此,本文主要針對基于SFBC的MIMO-OFDM系統(tǒng),進行信道估計與均衡的研究。首先,介紹單發(fā)多收OFDM系統(tǒng)、SFBC-MIMO-OFDM系統(tǒng)和STBC-MIMOOFDM系統(tǒng),建立雙選水聲信道模型,利用自適應水聲信道估計減少水聲信道時變的影響,通過該時刻水聲信道估計結果遞推估計下一時刻水聲信道。其次,研究單一時刻信道估計算法。由于水聲通信信道的稀疏特性,研究基于自適應門限最小二乘(Least Squares with Adaptive Thresholding,LS-AT)的信道估計算法。該算法在最小二乘的基礎上,通過自適應調整門限克服預先設置稀疏度的限制,同時減少計算負荷;介紹常用的貪婪算法:正交匹配追蹤(Orthogonal Matching Pursuit,OMP)和多徑匹配追蹤(Multipath Matching Pursuit,MMP)。上述算法在進行信道重構的過程中需要已知信號先驗信息,例如稀疏度或噪聲水平,引入交叉驗證(Cross-Validation,CV)解決實際情況下先驗信息未知所造成的過擬合或欠擬合,介紹OMP-CV和MMP-CV算法。為將OMP和MMP算法中大量的乘除法轉化為加法和位移,并使其更適用于硬件設備,分別在上述算法中引入對分坐標下降(Dichotomous Coordinate Descenting,DCD)算法,得到OMP-DCD、MMP-DCD、OMP-DCD-CV和MMP-DCD-CV算法。然后,通過發(fā)射端增加冗余信息,在系統(tǒng)中加入遞歸系統(tǒng)卷積碼(Recursive System Convolution Code,RSC)和相應的MAP(Maximum a Posteriori Probability)譯碼來提高接收端的檢錯糾錯能力,同時介紹了Log-MAP譯碼,該算法通過對數運算有效降低了MAP譯碼計算復雜度。針對SFBC-MIMO-OFDM系統(tǒng),研究了MAP均衡基本原理,并研究將其與SFBC相結合得到的軟入軟出的空頻軟均衡。最后,仿真分析,分別在單發(fā)多收OFDM、SFBC-MIMO-OFDM和STBC-MIMO-OFDM水聲通信系統(tǒng)中使用上述算法,對比分析SFBC-MIMO-OFDM優(yōu)缺點,并對比同一系統(tǒng)下不同信道估計算法的性能。仿真分析不同信道估計算法下,SFBC-MIMOOFDM系統(tǒng)加入空頻軟均衡的性能。
【學位單位】：哈爾濱工程大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2019
【中圖分類】：TN929.3;TB56
【部分圖文】：

圖 2.4 SIMO 接收系統(tǒng)框圖將發(fā)射機到r 接收機第 n 個 OFDM 塊、第 k 個子載波的信道傳遞函數定 ) , 0, , 1 k = K ，r 接收機第 k 個子載波，第 n 個符號上的接收信號，在進行之后表示為：( ) ( ) ( ) ( )r r ry n = H n d n + z n

圖 2.4 STBC 接收系統(tǒng)框圖將t 發(fā)射機到r接收機第n 個 OFDM 塊、第k 個子載波的信道傳遞函數定( ), 0, , 1n k = K ，r 接收機第 k 個子載波，第 n '個符號對上的接收信號，在解調之后表示為[40]：( ) ( )1, 2,2 ' 2 'r rr A k kA r AH n H n

圖 2.6 SFBC 接收系統(tǒng)框圖同樣的將t發(fā)射機到r接收機第n 個 OFDM 塊、第k 個子載波的信道傳遞函 ( ),, 0, , 1t rkH n k = K ，由于 SFBC 采用 Alamouti 的基本思想，因此 SFBC基礎進行分組，r接收機第n 個 OFDM 塊、第 k '個子載波對上的接收信號，T 解調之后表示為[27]：

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