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基于OFDM的水声通信关键技术的研究

许婷婷  
【摘要】: 随着海洋事业的不断发展和成熟,水声通信技术受到了人们的广泛关注。由于海洋水声信道是一个极其复杂的时-空-频变参信道,并且具有强多途性,因此高速、可靠地进行水下通信是目前水声通信领域研究的热点。正交频分复用OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing)技术把高速的数据流通过串并转换,使每个子载波上的数据符号持续时间相对增加,有效地减少了由多途性带来的符号间干扰ISI (Inter-symbol Interference),并且多个子载波并行传输数据,频谱利用率高,有抗频率选择性衰落的能力。因此本文将OFDM技术应用到水声通信中,并从以下几个方面做了研究: 首先,本文针对水声信道带宽有限的特点,把网格编码调制TCM (Trellis-coded Modulation)技术应用于水声信号调制,并且研究了TCM、TCM-8PSK原理及其在基于OFDM的水声通信系统中的应用,然后通过实验仿真与16QAM和QPSK对比证明了这种调制方式可以很好的解决数据传输的效率问题和可靠性问题。 其次,本文分析了块状导频和梳状导频各自的特点和适用情况,并通过实验仿真,对比了梳状导频和块状导频在不同海洋环境下的表现。本文还研究了LS、MMSE信道估计算法和改进算法以及这些算法在水声通信系统中的性能。 最后,利用水声信道冲激响应具有稀疏性的特点,本文将压缩传感理论应用到水声信道估计中,提出了一种基于近似l_0范数的信道估计算法。该算法用近似函数的最优解来求得最小化l_0范数,从而得到信道的最稀疏解。仿真结果表明:与传统的信道估计算法相比较,这种估计算法在信噪比相同的情况下均方误差小,并且算法复杂度低。


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