【摘要】：近年來,軍用、民用海洋信息化工程得到快速發(fā)展,水下通信的廣泛應(yīng)用需求迫切需要高速率可靠通信技術(shù)的支持,特別是在信息需要實(shí)時(shí)處理的領(lǐng)域。目前,水聲通信技術(shù)是進(jìn)行水下無線通信的主要技術(shù)手段,而水聲信道因其自身嚴(yán)重時(shí)變、多徑、多普勒等效應(yīng)使得接收信號(hào)發(fā)生混疊,帶來嚴(yán)重的碼間串?dāng)_(Inter Symbol Interference,ISI);超奈奎斯特(Faster Than Nyquist,FTN)技術(shù)可以打破Nyquist準(zhǔn)則的限制,使系統(tǒng)獲得更高的傳輸速率,但卻以引入自身ISI為代價(jià)。而如何在水聲FTN系統(tǒng)接收端以較低復(fù)雜度算法的對(duì)嚴(yán)重的ISI進(jìn)行消除成為制約FTN傳輸技術(shù)應(yīng)用于水聲通信的主要問題。因此,本文針對(duì)水聲FTN系統(tǒng)接收端均衡技術(shù)展開分析和研究。主要工作概述如下:1.對(duì)水聲信道特性進(jìn)行詳細(xì)的分析,對(duì)FTN傳輸理論和Mazo界進(jìn)行推導(dǎo)并仿真,驗(yàn)證FTN傳輸?shù)目尚行?從本質(zhì)上掌握水聲FTN傳輸系統(tǒng)ISI產(chǎn)生的原因。2.推導(dǎo)單載波水聲FTN傳輸系統(tǒng)等效模型,基于此模型,研究分析傳統(tǒng)均衡算法在水聲FTN傳輸系統(tǒng)中的適用性,主要包括線性均衡算法如最小均方誤差(Mininum Mean Squared Error,MMSE)均衡算法、判決反饋均衡算法和Turbo均衡算法。3.針對(duì)水聲信道時(shí)變快等特點(diǎn),設(shè)計(jì)雙向幀結(jié)構(gòu),在信道估計(jì)算法的基礎(chǔ)上結(jié)合MMSE-Turbo結(jié)構(gòu)軟信息交互原理,提出一種適用于FTN傳輸系統(tǒng)的低復(fù)雜度雙向時(shí)域均衡的Turbo軟信息迭代接收算法并在瑞利衰落多徑信道和模擬時(shí)變水聲信道中進(jìn)行仿真分析,驗(yàn)證算法具有良好的誤碼率性能和較低的復(fù)雜度。4.將上述算法應(yīng)用到水聲FTN接收機(jī)中,引入空間分集技術(shù)并對(duì)其時(shí)間反轉(zhuǎn)合并算法進(jìn)行推導(dǎo),提出一種雙向時(shí)域均衡的Turbo軟信息迭代分集接收算法。為了加快收斂速度,將時(shí)域均衡擴(kuò)展到時(shí)-頻二維均衡,提出一種雙向時(shí)頻聯(lián)合均衡的Turbo軟信息迭代分集接收算法。5.在浙江千島湖進(jìn)行不同加速因子、不同距離、不同季節(jié)、不同移動(dòng)速率的實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,本文提出的算法在水聲FTN傳輸系統(tǒng)的不同應(yīng)用場(chǎng)景中都具有良好的誤碼率性能,具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。
【學(xué)位授予單位】：華南理工大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TB56;TN929.3
【圖文】：

華南理工大學(xué)碩士學(xué)位論文徑效應(yīng)效應(yīng)是確定信道響應(yīng)的重要因素，聲波的速度在水中隨著深度的增同的聲波的折射效應(yīng)，信道邊界的靠近引起水底、水平面的多次聲勻介質(zhì)的分布對(duì)聲波產(chǎn)生了不同程度的散射作用。以上因素使得來過不同的路徑到達(dá)接收機(jī)產(chǎn)生多徑效應(yīng)，導(dǎo)致接收信號(hào)產(chǎn)生嚴(yán)重混該現(xiàn)象的產(chǎn)生將對(duì)接收機(jī)的均衡算法提出更加嚴(yán)格的性能要求。MATLAB在水聲信道模擬器BELLHOP產(chǎn)生淺海傳輸50m和深海傳徑效應(yīng)的示意圖如圖 2-1 所示，設(shè)置淺海聲速固定為 1531m/s，深)計(jì)算，反射系數(shù)、聲速剖面、海底地形等參數(shù)采用默認(rèn)值。

圖 2-2 千島湖時(shí)變多徑信道估計(jì)圖應(yīng)速度約為83 10 m/s，而由 2.1.1 節(jié)聲速模型估算可知，1500m/s ，二者速率相差了 5 個(gè)數(shù)量級(jí)。在水聲通信中，的頻率較快，傳統(tǒng)無線通信中比特持續(xù)時(shí)間極短可近似。同時(shí)，信號(hào)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面引起的變移、信號(hào)的散射和路徑長(zhǎng)度變化，導(dǎo)致水聲信道表現(xiàn)出體自身的流動(dòng)、溫度隨時(shí)間、空間的變化或外界引起的水聲信道的時(shí)變性[55]。時(shí)變信道特性將會(huì)引起頻率變化的信號(hào)發(fā)生頻移和頻散現(xiàn)象，這就是多普勒效應(yīng)。在經(jīng)信道抽頭20 40 60 800

水聲信道與 FTN 傳輸11圖 2-2 千島湖時(shí)變多徑信道估計(jì)圖2.1.4 多普勒效應(yīng)電磁波的傳輸速度約為83 10 m/s，而由 2.1.1 節(jié)聲速模型估算可知，聲波在海洋中的傳輸速度約為1500m/s ，二者速率相差了 5 個(gè)數(shù)量級(jí)。在水聲通信中，其比特持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，環(huán)境變化的頻率較快，傳統(tǒng)無線通信中比特持續(xù)時(shí)間極短可近似為非時(shí)變信道的思想將不再適用。同時(shí)，信號(hào)發(fā)送機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)表面引起的變化將會(huì)導(dǎo)致聲速剖面反射點(diǎn)的位移、信號(hào)的散射和路徑長(zhǎng)度變化，導(dǎo)致水聲信道表現(xiàn)出快速的時(shí)變特性。另一方面，水體自身的流動(dòng)、溫度隨時(shí)間、空間的變化或外界引起的微小波動(dòng)也會(huì)在一定程度上加劇水聲信道的時(shí)變性[55]。時(shí)變信道特性將會(huì)引起頻率變化，從而使水聲通信接收機(jī)接收到的信號(hào)發(fā)生頻移和頻散現(xiàn)象，這就是多普勒效應(yīng)。在經(jīng)典的通信理論中，多普勒頻移可表示為：d cvf fc (2-9)其中，df 表示多普勒頻移，cf 表示載波頻率

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本文編號(hào)：2752980