【摘要】：大規(guī)模高分辨率地震勘探節(jié)點(diǎn)眾多、單節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)量大,其無(wú)線數(shù)據(jù)回收需要高速可靠的物理層技術(shù)支持。正交頻分復(fù)用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)調(diào)制技術(shù)具有頻譜利用率高、均衡簡(jiǎn)單以及抗干擾、抗多徑能力強(qiáng)等優(yōu)勢(shì),適用于地震野外勘探的數(shù)據(jù)傳輸。OFDM-IM(OFDMwithIndexModulation)是一種新的基于空間調(diào)制(SpatialModulation,SM)頻域應(yīng)用的OFDM擴(kuò)展技術(shù),利用子載波的有效性組合傳遞額外的比特信息(稱(chēng)為IM調(diào)制),可以有效地提高OFDM系統(tǒng)在野外復(fù)雜多徑信道下的傳輸性能。論文研究適用于無(wú)線地震勘探的OFDM技術(shù),圍繞OFDM-IM及其同步問(wèn)題,論文的主要工作及成果如下:(1)針對(duì)OFDM-IM接收端的符號(hào)檢測(cè)問(wèn)題,提出了一種低復(fù)雜度的最大似然(Low-Complexity Maximum likelihood,LC-ML)檢測(cè)算法和一種低復(fù)雜度最大似然檢測(cè)的近似(Low-Complexity Near Maximum likelihood,LC-NML)算法,分別適用于IM調(diào)制信息較小和較大的情況。同時(shí)還針對(duì)近似算法的性能損失問(wèn)題提出了相應(yīng)的改進(jìn)措施。仿真結(jié)果表明,LC-ML和改進(jìn)的LC-NML檢測(cè)算法不僅大幅度減少了傳統(tǒng)最大似然(Maximumlikelihood,ML)檢測(cè)的復(fù)雜度,避免了大量的對(duì)數(shù)和指數(shù)運(yùn)算和噪聲功率的限制,還保持了與傳統(tǒng)ML檢測(cè)算法一致的性能特性。(2)針對(duì)OFDM-IM由于部分子載波的空置而導(dǎo)致的頻譜利用率受限問(wèn)題,提出了一種基于不同功率分配的雙模式OFDM-IM(Dual-mode Index Modulation Aided OFDM with Constellation Power Allocation,DM-OFDM-CPA)調(diào)制方法,利用不同功率的分配選擇代替子載波的有效性選擇,實(shí)現(xiàn)了對(duì)空置子載波的充分利用。山澗丘陵(Hilly Terrain,HT)多徑信道下的仿真表明,DM-OFDM-CPA不但可以具有OFDM-IM系統(tǒng)的良好性能,還可以打破其頻譜利用率的限制。(3)針對(duì)多模式OFDM-IM方案的IM調(diào)制映射問(wèn)題,提出了一種基于傳統(tǒng) Permutation 方法的等概率(Equiprobable Permutation,EPM)優(yōu)化方案,保證了每個(gè)子載波可以等概率地利用每一種映射模式,同時(shí)還提出了 EPM方法的比特映射優(yōu)化規(guī)則。HT多徑信道下的仿真表明,EPM方法和優(yōu)化的EPM方法可以明顯地改善其IM調(diào)制的BER性能,優(yōu)化后的EPM方法信噪比增益高達(dá)1.4dB。(4)針對(duì)無(wú)線地震勘探應(yīng)用中窄帶干擾(Narrowband Interference,NBI)的時(shí)頻同步問(wèn)題,論文提出了一種能夠抗NBI的時(shí)頻聯(lián)合估計(jì)改進(jìn)Park算法。該算法通過(guò)對(duì)訓(xùn)練符號(hào)前半序列的加擾,不僅保證了定時(shí)測(cè)度函數(shù)在NBI的影響下仍然保持尖銳的對(duì)稱(chēng)自相關(guān)峰值特性,還抑制了 NBI對(duì)頻偏估計(jì)自相關(guān)運(yùn)算的影響,在郊區(qū)(Rural Area,RA)多徑信道下的仿真表明,當(dāng)信干比等于0時(shí),該算法仍然可以快速而準(zhǔn)確的完成時(shí)頻同步估計(jì)。在改進(jìn)Park算法的基礎(chǔ)上,提出了一種適應(yīng)于多倍數(shù)頻偏估計(jì)的抗NBI同步改進(jìn)算法,通過(guò)對(duì)訓(xùn)練符號(hào)時(shí)域的重復(fù)性和自相關(guān)運(yùn)算設(shè)計(jì),獲得了更多倍數(shù)的頻偏估計(jì)范圍。在RA多徑信道下的仿真表明,當(dāng)整數(shù)倍數(shù)載波頻偏(Integer Carrier Frequency Offset,ICFO)估計(jì)范圍為-2～2和-4～4時(shí),仍然可以獲得良好的時(shí)頻同步性能和抗NBI特性。(5)針對(duì)應(yīng)用中復(fù)雜多樣的多徑傳輸需求,提出了一種新的同步訓(xùn)練符號(hào)Ps符號(hào),并基于Ps符號(hào)設(shè)計(jì)了一套同時(shí)實(shí)現(xiàn)8bits/10bits信令傳輸和時(shí)頻精確同步的聯(lián)合方案。在RA和HT多徑信道下的仿真表明,所提出的方案不僅可以提供更加精確的定時(shí)、小數(shù)倍頻偏估計(jì)和抗NBI特性,還可以完成準(zhǔn)確的大倍數(shù)ICFO估計(jì)和信令傳輸,以便于自適應(yīng)傳輸信道。
【圖文】：

第１章緒論逡逑氣地震勘探的大規(guī)模高密度地形復(fù)雜等應(yīng)用需求，，采用無(wú)線傳輸為主或全無(wú)線傳逡逑輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)通信方式是未來(lái)地震勘探儀器的重要發(fā)展方向。如圖１－２所示，是其大逡逑規(guī)模地震勘探無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)的典型結(jié)構(gòu)，由于采集節(jié)點(diǎn)眾多和相應(yīng)的分布式逡逑特點(diǎn)，需要將其分成多個(gè)Ｍｅｓｈ子網(wǎng)分別進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，每個(gè)子網(wǎng)擁有一個(gè)中繼逡逑節(jié)點(diǎn)，首先將子網(wǎng)內(nèi)數(shù)百節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)傳到中繼節(jié)點(diǎn)，再通過(guò)中繼節(jié)點(diǎn)間的Ｇｂｐｓ逡逑有線或無(wú)線傳輸回收所有數(shù)據(jù)到處理中心。同時(shí)，由于油氣勘探的高精度高分辨逡逑需求，數(shù)據(jù)采集通常需要支持0．５ｍｓ？２ｍｓ的２４位采樣，對(duì)于３道數(shù)的單個(gè)節(jié)點(diǎn)逡逑來(lái)說(shuō)，實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)量高達(dá)３６？１４４ｋｂｐｓ。因此，為了適應(yīng)當(dāng)今油氣地震勘探的應(yīng)用需逡逑求，實(shí)現(xiàn)大規(guī)模地震勘探的無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸，無(wú)論是子網(wǎng)內(nèi)還是中繼間，都亟需要逡逑高速可靠的實(shí)時(shí)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)支持。逡逑中繼節(jié)點(diǎn)邐外邋ｍ邐＾邋Ｉ邐主機(jī)逡逑Ｉ逡逑３邋６？１４４ｋｂｐｓ邐／逡逑（單節(jié)點(diǎn)３道采樣數(shù)據(jù)Ｖ逡逑圖１－２大規(guī)模油氣地震勘探未來(lái)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)木W(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)逡逑１．３當(dāng)代無(wú)線地震儀的數(shù)據(jù)傳輸與ＯＦＤＭ物理層調(diào)制技術(shù)逡逑為了應(yīng)對(duì)無(wú)線地震勘探的發(fā)展需求

Ｚ的最大整數(shù)。也就是說(shuō)，４具有ｃ邋＝邋２ｆｌ種的可能選擇。逡逑而Ｐ比特信息的另一部分，ｐ２比特，則是被用于各個(gè)有效子載波的符號(hào)調(diào)逡逑制映射。如圖２－２所示，以第ｇ子塊為例，剩下的；？２比特信息通過(guò)Ｍ－ａｒｙ符號(hào)逡逑映射被映射成個(gè)用于有效子載波調(diào)制的Ｍ－ａｒｙ符號(hào)，記為＝邋｛＼邋0，．．．，＆邋（無(wú)）｝，逡逑其中＼ＷｅＳＶ，ｒ邋＝邐５１是功率歸一化的Ｍ－ａｒｙ符號(hào)映射集，即有逡逑丑以0邋＝免，其中五（＊）和分別表示期望值和共輒轉(zhuǎn)置。再根據(jù)ＩＭ調(diào)制逡逑得到的＆，將其映射到相應(yīng)的有效子載波上，輸出對(duì)應(yīng)的ＯＦＤＭ子塊逡逑Ｘｇ＝［Ｘｇ（ｌ），Ｘｇ（２），．．．，Ｘｇ（ｎ）ｆ邐（２－１０）逡逑其中逡逑Ｗ邋十邐＿逡逑當(dāng)?shù)玫剿械模希疲模妥訅K時(shí)，合并Ｇ個(gè)以產(chǎn)生ＯＦＤＭ符號(hào)的頻域信號(hào)：逡逑Ｘ邋＝邋［Ｘ（ｌ），Ｘ（２），．．．，Ｘ（Ｎ）］Ｔ邐（２－１２）逡逑其中尤（《）邋＝邋４0８）４邋＝邋＾７以－１）邋＋邋＾８。然后
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.53

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2619292