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(fù)用(Multiple Input and Multiple Output-Orthogonal Frequency Dvision Multiplexing,MIMO-OFDM)技術(shù)近年來(lái)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(shù)將有限的傳輸帶寬分為若干個(gè)正交子載波,使得MIMO-OFDM技術(shù)還對(duì)頻率選擇性衰落有一定的抑制作用。近年來(lái)通過(guò)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(shí)分組編碼(Space-Time Block Coding,STBC)也逐漸引入水聲通信。同時(shí)水聲信道較強(qiáng)的稀疏性,使得稀疏信道估計(jì)算法在水聲信道估計(jì)中廣泛應(yīng)用,為進(jìn)一步減少多途擴(kuò)展所造成的載波間干擾,利用了軟反饋進(jìn)行迭代均衡的turbo均衡算法。因此,本文主要針對(duì)基于SFBC的MIMO-OFDM系統(tǒng),進(jìn)行信道估計(jì)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(yīng)水聲信道估計(jì)減少水聲信道時(shí)變的影響,通過(guò)該時(shí)刻水聲信道估計(jì)結(jié)果遞推估計(jì)下一時(shí)刻水聲信道。其次,研究單一時(shí)刻信道估計(jì)算法。由于水聲通信信道的稀疏特性,研究基于自適應(yīng)門(mén)限最小二乘(Least Squares with Adaptive Thresholding,LS-AT)的信道估計(jì)算法。該算法在最小二乘的基礎(chǔ)上,通過(guò)自適應(yīng)調(diào)整門(mén)限克服預(yù)先設(shè)置稀疏度的限制,同時(shí)減少計(jì)算負(fù)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(jìn)行信道重構(gòu)的過(guò)程中需要已知信號(hào)先驗(yàn)信息,例如稀疏度或噪聲水平,引入交叉驗(yàn)證(Cross-Validation,CV)解決實(shí)際情況下先驗(yàn)信息未知所造成的過(guò)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(zhuǎn)化為加法和位移,并使其更適用于硬件設(shè)備,分別在上述算法中引入對(duì)分坐標(biāo)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(guò)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(yīng)的MAP(Maximum a Posteriori Probability)譯碼來(lái)提高接收端的檢錯(cuò)糾錯(cuò)能力,同時(shí)介紹了Log-MAP譯碼,該算法通過(guò)對(duì)數(shù)運(yùn)算有效降低了MAP譯碼計(jì)算復(fù)雜度。針對(duì)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(jié)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(duì)比分析SFBC-MIMO-OFDM優(yōu)缺點(diǎn),并對(duì)比同一系統(tǒng)下不同信道估計(jì)算法的性能。仿真分析不同信道估計(jì)算法下,SFBC-MIMOOFDM系統(tǒng)加入空頻軟均衡的性能。
【學(xué)位單位】：哈爾濱工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類(lèi)】：TN929.3;TB56
【部分圖文】：

圖 2.4 SIMO 接收系統(tǒng)框圖將發(fā)射機(jī)到r 接收機(jī)第 n 個(gè) OFDM 塊、第 k 個(gè)子載波的信道傳遞函數(shù)定 ) , 0, , 1 k = K ，r 接收機(jī)第 k 個(gè)子載波，第 n 個(gè)符號(hào)上的接收信號(hào)，在進(jìn)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(jī)到r接收機(jī)第n 個(gè) OFDM 塊、第k 個(gè)子載波的信道傳遞函數(shù)定( ), 0, , 1n k = K ，r 接收機(jī)第 k 個(gè)子載波，第 n '個(gè)符號(hào)對(duì)上的接收信號(hào)，在解調(diào)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(jī)到r接收機(jī)第n 個(gè) OFDM 塊、第k 個(gè)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(chǔ)進(jìn)行分組，r接收機(jī)第n 個(gè) OFDM 塊、第 k '個(gè)子載波對(duì)上的接收信號(hào)，T 解調(diào)之后表示為[27]：

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