MIMO水声通信空时编码技术研究

发布时间：2017-05-03 02:16

  本文关键词：MIMO水声通信空时编码技术研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：水声信道是一个典型的时变多径信道,在水声通信系统中会引起信号的衰落,这严重影响了系统的可靠接收,降低了系统的性能。空时编码技术是以分集技术和MIMO系统为基础的一种信道编码方案,在无线通信中已经取得了一定应用,能有效地抵抗衰落。现在将空时编码技术应用到水声通信系统中来,选择空时分组码作为主要研究对象,构建水声通信空时频编码系统模型,在低信噪比情况下实现可靠的水声通信。本文首先介绍了水声信道的传输特性并建立水声信道模型。结合OFDM系统的基本原理和技术,给出一个传统OFDM水声通信系统和OFDM系统参数设计方法。其次,引入分集技术和MIMO系统,对三类空时编码技术的原理、编译码方案进行了分析。分析可见STBC码编译码方案比较适合水声通信,对其进行性能仿真并选择该编码技术应用在后续水声通信系统中。然后,构建水声通信STBC-OFDM系统模型,对系统进行信道容量仿真和性能仿真,结果表明,STBC-OFDM系统的误码率性能比传统OFDM系统好很多。但是随着传输速率的增大,系统性能有所下降。为了在保证系统速率的情况下降低系统误码率,研究了一种满分集满速率的旋转准正交空时编码方案(QOSTBC-OFDM),仿真表明,该方案性能要优于STBC-OFDM系统。最后,在OFDM系统的前提下,研究一种新的在时域、空域和频域三维编码的更适合时变频率选择性衰落水声信道的空时频编码方案(STBFC-OFDM),仿真结果表明,在时变水声信道中该系统性能要优于STBC-OFDM系统。在此基础上研究一种旋转准正交空时频码,结果表明,相同信息速率下该系统误比特率要低于QOSTBC-OFDM和STBFC-OFDM系统。为了进一步改善系统性能,将QOSTBFC-OFDM系统与卷积码级联,仿真表明,串行级联系统在低信噪比条件下能达到较低误比特率,能实现可靠传输。本文研究的MIMO水声通信空时频编码系统能有效地降低系统误比特率,改善系统性能,在低信噪比环境下实现可靠水声通信。
【关键词】：水声通信 正交频分复用 多入多出 空时编码 空时频编码
【学位授予单位】：东南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第一章 绪论8-12
• 1.1 引言8
• 1.2 水声通信技术的发展和研究现状8-10
• 1.3 论文的研究内容10-12
• 第二章 水声通信系统12-28
• 2.1 水声信道12-21
• 2.1.1 水声信道传输特性12-14
• 2.1.2 海水中的声速14-15
• 2.1.3 水声信道声场模型15-16
• 2.1.4 水声信道仿真建模16-21
• 2.2 OFDM技术21-26
• 2.2.1 OFDM基本原理21-24
• 2.2.2 OFDM相关技术24-26
• 2.3 OFDM系统参数的设计26
• 2.4 本章小结26-28
• 第三章 空时编码技术28-44
• 3.1 分集技术28-29
• 3.1.1 时间分集28
• 3.1.2 空间分集28-29
• 3.1.3 频率分集29
• 3.2 MIMO系统结构29-30
• 3.3 空时编码系统30-42
• 3.3.1 空时编码系统结构30-32
• 3.3.2 空时编码设计准则32-34
• 3.3.3 空时编码技术34-42
• 3.4 本章小结42-44
• 第四章 MIMO水声通信空时编码系统44-70
• 4.1 正交空时分组编码44-47
• 4.1.1 STBC编码方案44-46
• 4.1.2 STBC译码方案46-47
• 4.2 水声通信STBC-OFDM系统47-51
• 4.2.1 STBC-OFDM系统模型47-49
• 4.2.2 STBC-OFDM系统编译码方案49-51
• 4.3 水声通信STBC-OFDM系统信道容量仿真51-59
• 4.3.1 换能器布放对信道容量影响的仿真分析51-58
• 4.3.2 多径扩展对信道容量影响的仿真分析58-59
• 4.4 水声通信STBC-OFDM系统性能仿真59-65
• 4.4.1 换能器布放对系统性能影响的仿真分析59-62
• 4.4.2 水声通信系统性能仿真分析62-65
• 4.5 水声通信QOSTBC-OFDM系统65-69
• 4.5.1 QOSTBC-OFDM系统编译码方案66-68
• 4.5.2 QOSTBC-OFDM系统性能仿真68-69
• 4.6 本章小结69-70
• 第五章 MIMO水声通信空时频编码系统70-84
• 5.1 水声通信STBFC-OFDM系统70-76
• 5.1.1 STBFC-OFDM系统模型70-74
• 5.1.2 STBFC-OFDM系统性能仿真74-76
• 5.2 水声通信QOSTBFC-OFDM系统76-78
• 5.2.1 QOSTBFC-OFDM系统模型76-77
• 5.2.2 QOSTBFC-OFDM系统性能仿真77-78
• 5.3 水声通信串行级联QOSTBFC-OFDM系统78-83
• 5.3.1 串行级联QOSTBFC-OFDM系统模型78-82
• 5.3.2 串行级联QOSTBFC-OFDM系统性能仿真82-83
• 5.4 本章小结83-84
• 第六章 总结84-86
• 6.1 工作内容总结84-85
• 6.2 展望85-86
• 致谢86-88
• 参考文献88-90

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