【摘要】：當(dāng)下隨著對(duì)海洋資源探索的深入,水聲通信技術(shù)成為中遠(yuǎn)距離水下通信的主要手段。水聲信道的背景環(huán)境噪聲大、有限帶寬窄、多徑效應(yīng)明顯的特點(diǎn),嚴(yán)重影響水聲通信質(zhì)量。水聲OFDM技術(shù)所具有的獨(dú)特優(yōu)勢(shì),為資源分配提供了很高的靈活度,近些年來(lái)在水聲通信領(lǐng)域受到了廣泛關(guān)注。用戶(hù)資源分配和調(diào)度的前提是獲得準(zhǔn)確的信道狀態(tài)信息(CSI),為了減小非理想反饋CSI的影響,需要對(duì)CSI信息進(jìn)行預(yù)測(cè)。本文對(duì)非理想反饋下的多用戶(hù)動(dòng)態(tài)資源分配問(wèn)題進(jìn)行了深入研究。(1)通過(guò)對(duì)復(fù)雜多變的水聲信道的傳輸特性研究,建立了損耗模型,并與無(wú)線(xiàn)電信道進(jìn)行詳細(xì)對(duì)比,展現(xiàn)出水聲信道的特殊性。進(jìn)一步建立水聲信道多徑仿真模型,結(jié)合水聲信道工具BELLHOP給出了仿真中的關(guān)鍵性參數(shù)。(2)結(jié)合水聲信道傳輸特性構(gòu)建了水聲OFDM資源分配系統(tǒng),對(duì)OFDM系統(tǒng)中的關(guān)鍵性技術(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析,并討論了將OFDM多載波調(diào)制技術(shù)應(yīng)用于水聲資源分配系統(tǒng)中所具有的優(yōu)勢(shì)。(3)在不同優(yōu)化模型下,對(duì)幾種自適應(yīng)資源分配算法展開(kāi)研究,包括基于拉格朗日優(yōu)化的子載波調(diào)度算法、Hughes-Hartogs資源分配算法、Chow分配算法、Fischer分配算法,對(duì)算法進(jìn)行性能分析對(duì)比和MATLAB仿真,給出了在已構(gòu)建的水聲系統(tǒng)中三種算法的誤比特性能。(4)根據(jù)反饋時(shí)刻和傳輸時(shí)刻信道間的統(tǒng)計(jì)相關(guān)性建立馬爾科夫狀態(tài)轉(zhuǎn)移概率矩陣,提出一種基于馬爾科夫狀態(tài)空間的反饋預(yù)測(cè)方案,確定用戶(hù)子信道上的平均調(diào)制速率,結(jié)合Chow算法對(duì)每個(gè)用戶(hù)子載波的比特和功率進(jìn)行分配,并和最小二乘預(yù)測(cè)算法進(jìn)行對(duì)比分析。通過(guò)仿真可以得出,基于非理想反饋信息的馬爾科夫預(yù)測(cè)方案,其預(yù)測(cè)性能要好于最小二乘預(yù)測(cè)算法,可以有效提升系統(tǒng)的吞吐量,并且在不同用戶(hù)數(shù)下該方案可以帶來(lái)多用戶(hù)增益,進(jìn)一步提升系統(tǒng)性能。
【圖文】：

影響水聲通信系統(tǒng)的性能，正確認(rèn)識(shí)水聲多徑信道規(guī)律，并結(jié)模型，對(duì)改善水聲系統(tǒng)性能具有重要意義。傳輸特性道的多徑效應(yīng)道中的聲速變化信號(hào)的傳輸速度很大程度受水深、溫度和海水鹽度的影響較大、海底邊界的影響下，水聲信道存在多徑效應(yīng)，也就是說(shuō)在同號(hào)可能沿著幾種不同的路徑到達(dá)接收節(jié)點(diǎn)。海水中聲速經(jīng)驗(yàn)公49.24.6t0.055t0.00029t(1.340.01t)(S35)0.016H23 度(℃)，S 為鹽度(‰)，H 為深度(m)。海水中的聲速變化受諸海水鹽度、水下通信源所處深度等，在淺海中主要影響因素是，壓力則成為影響聲速的最主要因素，深海中壓力越大聲速也線(xiàn)如下圖 2.1 所示，聲速變化大概在水下 1km 處是個(gè)分界線(xiàn)。

的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生幅度相位的起伏，接收處的合成信號(hào)會(huì)產(chǎn)生畸變，信號(hào)的頻譜被展寬，持續(xù)時(shí)間增長(zhǎng)，信道內(nèi)表現(xiàn)為頻率選擇性衰落，不加以控制會(huì)對(duì)相鄰碼元產(chǎn)生串?dāng)_[19]。水平傳輸信道中，，這種干擾會(huì)有幾十到幾百個(gè)碼元的范圍，如在短距離(10km 左右)的淺海信道傳輸中，數(shù)據(jù)速率為 10kb/s，10ms 的多徑時(shí)延擴(kuò)展將可能會(huì)造成上百個(gè)碼元串?dāng)_，更何況在中長(zhǎng)距離傳播，相對(duì)于直達(dá)路徑最大多徑時(shí)延可達(dá) 60ms。多徑傳播是造成水聲通信差錯(cuò)誤碼的主要因素，所以水聲通信中解決多經(jīng)效應(yīng)就顯得尤為重要。本文主要研究的是水聲信道下的多徑模型。聲線(xiàn)理論是數(shù)學(xué)上最簡(jiǎn)單、物理上最直觀(guān)的聲場(chǎng)分析方法，建立水聲多徑信道模型時(shí)，大多都是基于聲線(xiàn)理論。聲源輻射的能量沿著聲線(xiàn)向四周傳播，到達(dá)接收點(diǎn)的這些路徑稱(chēng)之為本征聲線(xiàn)，接收點(diǎn)處的聲場(chǎng)是所有本征聲線(xiàn)疊加的結(jié)果。由于海水中的傳播損失, 經(jīng)常信號(hào)能量只集中于 4 種典型的本征聲線(xiàn), 即直達(dá)路徑、海面反射、海底反射和海面反射-海底反射，并且淺海水聲環(huán)境中,海面反射與海底反射的時(shí)延差比較接近。在深海 1km 處的聲信號(hào)產(chǎn)生 40 條多徑路徑的示意圖如圖 2.2 所示。實(shí)際中信號(hào)的傳輸路徑是無(wú)數(shù)的，有些路徑的信號(hào)經(jīng)過(guò)多次反射折射，信號(hào)能量發(fā)生很大程度的減弱，在總功率中的占比非常小，可忽略不計(jì)，所以對(duì)于水聲通信系統(tǒng)研究往往是選取有限數(shù)量，具有代表性的幾條徑進(jìn)行仿真研究。
【學(xué)位授予單位】：西安科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TN929.3

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2623505