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基于SC-FDE的水声通信技术研究

王利平  
【摘要】: 由于时变性和频率选择性衰落,水声信道是目前已知的最为复杂的信道。水声信道的这些特性阻碍了水下高可靠性、高速率通信系统的发展。传统的SC-TDE水声通信采用自适应判决反馈均衡的结构和相位跟踪的方法,随着通信速率的提高,符号持续时间变短,信道的时延扩展导致均衡器的复杂度升高,阻碍了其在高速水声通信中的进一步应用。OFDM因频谱利用率高、数据传输速率快、抗多径衰落能力强和实现简单成为近年来高速水声通信中的研究重点和热点之一,但其峰均比过高的弱点已逐渐成为系统实现和性能提高的瓶颈。SC-FDE技术,不仅可以有效对抗信道的频率选择性衰落,实现高速率、大容量的数据传输,而且能够避免SC-TDE系统复杂度过大和OFDM技术峰均比太高的不足,成为未来高速水声通信中的一项重要技术。 本论文主要针对水声通信中SC-FDE的关键技术与应用进行了研究,所做的主要工作有: 1.详细分析了SC-FDE系统中三种帧结构的优劣,重点研究了SC-FDE系统中参数帧周期的选取问题。 2.SC-FDE水声通信系统中的多普勒估计与补偿。研究了三种多普勒估计算法,分别是块估计、CW脉冲测频估计和脉冲对估计,分析比较了不同算法的优缺点,在此基础上,论文提出了两种组合多普勒估计算法,并通过仿真验证了算法的性能。 3.信道估计与均衡。分析比较了不同种类的信道估计与均衡算法并指出了如何选择SC-FDE系统的训练序列。另外,利用LS算法进行信道估计时,需要对其降噪,论文中提出采用变换域的方法对导频降噪。 4.从系统原理、误码性能和峰均比等八个方面分析比较了水声SC-FDE和OFDM系统的性能。 5.进行了水池实验,论证了基于SC-FDE水声通信的可行性和比较了SC-FDE和OFDM系统的性能。


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