正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）是一種多載波傳輸技術(shù),目前已被廣泛應(yīng)用于水聲通信系統(tǒng)以提高傳輸速度與頻譜效率。信道估計(jì)技術(shù)可通過(guò)估計(jì)信道狀態(tài)信息（Channel Sate Information,CSI）提高接收端數(shù)據(jù)解調(diào)的正確率。但是,傳統(tǒng)信道估計(jì)方法需要插入大量導(dǎo)頻信息才能取得較好的估計(jì)效果,嚴(yán)重浪費(fèi)了頻譜資源。由于水聲信道具有稀疏性,將壓縮感知（Compressing Sensing,CS）用于信道估計(jì)可提高頻譜效率和估計(jì)性能。然而,目前信道估計(jì)中常用的重構(gòu)算法大多需要已知信道稀疏度,嚴(yán)重制約了算法應(yīng)用。特別是,由于水聲信道具有嚴(yán)重的時(shí)延擴(kuò)展與多普勒擴(kuò)展,使得信道估計(jì)中的測(cè)量矩陣的列數(shù)較多,導(dǎo)致信道估計(jì)的復(fù)雜度較高�；诖�,本文對(duì)基于CS的信道估計(jì)進(jìn)行了以下研究:1.通過(guò)研究分析發(fā)現(xiàn),由于信道條件良好的緩慢時(shí)變水聲信道時(shí)變特性不明顯,在一個(gè)OFDM符號(hào)周期內(nèi),忽略載波間干擾（Inter-carrier Interference,ICI）的影響即可獲得較好的估計(jì)效果。基于此,本文針對(duì)良好信道基于BELLH... 

【文章來(lái)源】：青島科技大學(xué)山東省

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

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水聲通信示意圖

青島科技大學(xué)研究生學(xué)位論文112水聲OFDM系統(tǒng)壓縮信道估計(jì)相關(guān)原理2.1引言本章主要介紹基于壓縮感知的水聲正交頻分復(fù)用（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）系統(tǒng)信道估計(jì)方法相關(guān)的基本原理，包括水聲信道的基本傳播特性、水聲OFDM通信的基本理論以及壓縮感知理論等，為后文詳細(xì)介紹本文所提的具體信道估計(jì)方法提供必要的理論基矗2.2水聲信道特性由于水下環(huán)境復(fù)雜導(dǎo)致聲傳播折射與反射等現(xiàn)象較多，且聲波在水中具有傳播速度慢與可用頻帶低等缺陷，導(dǎo)致水聲信道成為目前最復(fù)雜的一類(lèi)通信信道。本小節(jié)將在聲速、傳播損失、時(shí)變多徑、聲傳播模型、環(huán)境噪聲與外部干擾等方面介紹水聲信道。2.2.1聲速的影響因素與變化趨勢(shì)水下聲波傳播速度低是聲通信中存在的問(wèn)題之一。水中聲速的傳播主要取決于水溫、鹽度與壓力這三個(gè)因素，而這三個(gè)因素均可表示為水聲的函數(shù)，如圖2.1[66]所示。（a）鹽度隨深度的變化（b）壓力隨深度的變化（c）溫度隨深度的變化圖2.1聲速的影響因素及變化規(guī)律Fig.2.1Influencingfactorsandchangingrulesofsoundvelocity由圖2.1可知，這三個(gè)因素均隨深度的增加而增加。一般海面的聲速約為

基于壓縮感知的水聲OFDM系統(tǒng)信道估計(jì)方法研究121500m/s，約為空氣中聲速的4倍，但仍比光速小5個(gè)數(shù)量級(jí)。一般認(rèn)為當(dāng)鹽度增長(zhǎng)一個(gè)單位時(shí)，聲速約增加1.4m/s。當(dāng)水深增加1km，聲速增加約17m/s。但是，上述數(shù)值均為粗略的定性或定量估計(jì)，實(shí)際的聲速由于多因素的影響呈現(xiàn)出非線(xiàn)性變化趨勢(shì)。經(jīng)過(guò)不斷的研究，相關(guān)學(xué)者總結(jié)了聲速隨水深的變化規(guī)律，如圖2.2所示。圖2.2聲速隨水深的變化剖面圖Fig.2.2Sectionalviewofsoundvelocitywithwaterdepth由圖2.2可知，隨深度的不同，聲速被分為四層，從水面到水底依次為表面層、季節(jié)性溫躍層、恒定溫躍層和深等溫層。表面層最深約幾十米，該層的溫度和鹽度由于風(fēng)的混合影響一般變化不大，因此聲速可認(rèn)為是常量。季節(jié)性和恒定溫躍層中的聲速主要受溫度的影響最大。由圖2.1可看出，溫度隨水深的增加逐漸降低，因此聲速亦呈現(xiàn)負(fù)梯度趨勢(shì)，這兩層壓力與鹽度的增加無(wú)法補(bǔ)償溫度降低的影響。這兩層的區(qū)別是，季節(jié)性溫躍層由于相對(duì)較淺，因此受季節(jié)影響負(fù)梯度趨勢(shì)會(huì)隨著季節(jié)的變化而變化，而恒定溫躍層由于相對(duì)較深，因此受季節(jié)影響校深等溫層位于最底層，該層水溫基本恒定，因此聲速受壓力與鹽度的影響較大。由于聲波在不同水深的速度變化規(guī)律不同，研究者們將聲波傳播的信道分為了淺海聲信道與深海聲信道兩種。由圖2.2可知，在淺海中，由于聲速為常量，因此聲波為直線(xiàn)傳播，且會(huì)受到海面與海底的反射，如圖2.3（a）所示。在深海中，聲波的方向會(huì)發(fā)生變化。由圖2.2可看出，恒定溫躍層和深等溫層交界處的聲速最小，

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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碩士論文
[1]水聲信道的建模和估計(jì)方法的研究[D]. 陸思宇.南京郵電大學(xué) 2015



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