水声MIM0-OFDM系统中多普勒频偏估计与补偿的研究应用

发布时间：2017-04-19 12:21

  本文关键词：水声MIM0-OFDM系统中多普勒频偏估计与补偿的研究应用，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：21世纪是海洋的世纪,随着人类对海洋的不断探索,海洋开发的主导技术之一的水声通信也越来越受人重视。水声通信顾名思义,即在水下环境实现信号、文字、图片等信源的传输。但是由于水声信道的特异性,水声通信和地面无线通信存在着不少差异,这使得很多在无线通信中已成熟的技术在水声通信中并不适用或需要加以改进优化,方能采用。所以如何选取和改进各种技术来实现高速、可靠、长距离的水声通信一直是水声通信的研究重点之一。正交频分复用(OFDM)技术采用若干个相互正交的子载波,分别对信号进行调制,可以有效地克服频率选择性衰落,对抗水声信道严重的多途效应,频带利用率高,因此近年来针对OFDM技术应用于水声通信的研究也越来越多。但是OFDM技术对子载波频率偏移很敏感,同时水声信道的多普勒效应严重,这将严重影响系统性能。所以设计与之相适应的改进方案是十分重要的。多输入多输出(MIMO)技术是这几年无线通信的新宠,不仅在第三代(3G)移动通信中有所应用,更是4G中的关键技术之一。MIMO技术可以使系统在不增加带宽和发射功率的基础上,极大地增加信道容量,提高系统性能,这对于严格带限的水声通信信道有着十分重要的意义。所以考虑融合MIMO技术和OFDM技术应用于水声通信中,不仅可以对抗多途效应,还能抑制频率选择性衰落,提高系统信道容量,提高传速速率。本文首先阐述了水声信道的特异性以及水声信道的多普勒效应、多途效应以及带限特性对水声通信发展带来的困难,介绍了目前水声通信相关技术的研究背景和发展前景。分别探讨了MIMO技术和OFDM技术的原理,在此基础上,针对MIMO-OFDM水声通信系统中的几个关键技术进行了研究和实验仿真。从理论和仿真两方面分析系统的特点以及其对多水声通信系统的性能影响。随后针对多普勒频偏对系统的影响以及如何对其进行估计和补偿进行了研究。从理论上分析了为何多普勒频偏会对MIMO-OFDM水声通信系统造成严重影响。并根据近些年多普勒频偏的估计与补偿的研究现状,提出了一种改进算法。该算法是在Sean F. Mason提出的接收信号长度算法的基础上进行改进的,考虑减少已有算法中并行自相关器的个数以减少运算量,提高系统效率,再通过第二次补偿,最终达到完整多普勒频偏补偿的效果。最后通过实验仿真的方式,证明该算法在降低了系统接收端复杂度的基础上,仍能有效的进行多普勒频偏的估计与补偿,并给出了影响补偿效果的关键因素,方便根据实际情况的不同,对实验方法进行调整改进,以更好的适应不同环境及需求。
【关键词】：水声通信 MIMO-OFDM技术 多普勒频偏
【学位授予单位】：昆明理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3
【目录】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 第一章 绪论11-19
• 1.1 研究背景11
• 1.2 水声信道的特异性11-14
• 1.2.1 水声信道的严格带限特异性11-12
• 1.2.2 水声通信信道多途径效应的特异性12-13
• 1.2.3 水声通信信道多普勒效应的特异性13
• 1.2.4 水声信道中背景噪声的特异性13-14
• 1.3 OFDM技术应用于水声通信简介14-15
• 1.4 MIMO技术15-16
• 1.5 论文主要研究内容16-19
• 第二章 MIMO-OFDM技术基本原理19-35
• 2.1 OFDM系统19-24
• 2.1.1 OFDM系统基本原理19-21
• 2.1.2 OFDM关键技术研究21-24
• 2.2 多输入多输出(MIMO)系统24-29
• 2.2.1 单输入单输出(SISO)系统24-25
• 2.2.2 单输入多输出(SIMO)系统25-26
• 2.2.3 多输入单输出(MISO)系统26
• 2.2.4 多输入多输出(MIMO)系统26-27
• 2.2.5 MIMO系统的信道容量27-29
• 2.3 MIMO-OFDM系统29-33
• 2.3.1 MIMO-OFDM系统原理29-31
• 2.3.2 MIMO-OFDM系统模型31-33
• 2.4 本章小结33-35
• 第三章 MIMO-OFDM系统关键技术研究及系统仿真35-53
• 3.1 空时编码35-42
• 3.1.1 空时分组码35-38
• 3.1.2 分层空时编码38-42
• 3.2 信道编码42-47
• 3.2.1 卷积码42-45
• 3.2.2 Turbo码45-47
• 3.3 基于导频的信道估计47-51
• 3.3.1 导频插入方式的选择48-49
• 3.3.2 信道估计算法49-51
• 3.4 本章小结51-53
• 第四章 MIMO-OFDM系统多普勒频偏估计与补偿的研究53-65
• 4.1 多普勒频偏对MIMO-OFDM系统的性能影响53-55
• 4.2 多普勒频偏的估计与补偿55-59
• 4.2.1 多普勒频偏估计与补偿算法的研究现状55-57
• 4.2.2 改进的多普勒频偏估计与补偿算法原理57-59
• 4.3 改进的多普勒频偏估计与补偿算法的实现与仿真59-64
• 4.3.1 多普勒频偏估计与补偿的初次补偿59-60
• 4.3.2 多普勒频偏估计与补偿的二次补偿60-61
• 4.3.3 多普勒频偏估计与补偿的实验仿真61-64
• 4.4 本章小结64-65
• 第五章 总结与展望65-67
• 5.1 论文总结65-66
• 5.2 研究展望66-67
• 致谢67-69
• 参考文献69-73
• 附录73

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前2条

1 李娟;邱晓红;;分层空时编码及应用研究[J];电信科学;2011年04期

2 程恩;袁飞;苏为;高春仙;曾文俊;孙海信;胡晓毅;;水声通信技术研究进展[J];厦门大学学报(自然科学版);2011年02期

中国博士学位论文全文数据库 前2条

1 沙毅;下一代宽带无线通信系统（MIMO-OFDM）关键技术研究[D];东北大学;2010年

2 李川;MIMO无线移动通信系统关键技术研究[D];西安电子科技大学;2010年

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本文编号：316299