高速水声通信系统的信道估计

发布时间：2017-09-05 19:09

  本文关键词：高速水声通信系统的信道估计

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【摘要】：水声信道是一种环境条件十分恶劣时频双选信道。它不仅是多径的,而且由于声信号在水中的传播速度只有1500m/s,而收发器之间又存在着不可避免的相对移动,这导致多普勒效应十分明显。另外,由于水声信道的特殊性,信号的能量会伴随着频率的增加受到更大的衰减。这些条件使得信道容量随着通信距离的增加极度地受限。因此对于高速水声通信系统而言,一个高效的信道估计和信道跟踪方法是至关重要的。 压缩感知理论是一门新兴的信号处理理论,它在无线通信领域已经得到了广泛的认可。该理论可以利用原始信号的稀疏先验信息,通过信号的重构算法来重建原始信号,这一理论给稀疏信道估计带来了新的思路。这种基于压缩感知的信道估计方法能够大大减少训练序列的数量,经典的方法有基追踪,匹配追踪,正交匹配追踪,压缩采样追踪方法等等。 由于水声信道中的多径中,只有少数径中具有较高的能量,因此水声信道本身是稀疏的。本文将压缩信道估计应用到水声通信的场景中,提出了一种有效的信道估计方法。与传统的水声通信系统中的信道估计方法相比,本文提出的压缩感知信道估计方法可以充分利用水声信道的稀疏性,从而在只需要少量训练序列的前提下,大大提高了信道估计的准确程度。另外,本文提出的信道估计方法只有在准静态的信道下才能保证比较好的性能。为了能够跟上快速时变的水声信道的变化速度,这种信道估计方法需要的训练序列数量还是太多了。因此为了保证水声通信系统带宽的有效性,同时提高信道估计的准确度,本文提出了一种基于分块的逐块信道跟踪的方法。这种方法能够跟压缩感知信道估计方法相结合,在充分利用水声信道稀疏性的同时,实现对水声信道的跟踪,达到信道估计对准静态信道条件的要求。 该信道估计的方案已于澳大利亚西海岸的印度洋海域进行了水下通信实验,结果显示在单发单收未编码的QPSK调制方式的情况下,8kbps数据速率的水声通信系统在1公里传输距离的误比特率只有3%,在6公里传输距离的误比特率只有14%。该方案的效果良好。
【关键词】：信道估计 信道跟踪 水声信道 压缩感知
【学位授予单位】：北京邮电大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TN929.3
【目录】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-10
• 第一章 绪论10-17
• 1.1 水声通信的背景和意义10-12
• 1.1.1 水声通信研究意义10-11
• 1.1.2 水声通信的研究现状11-12
• 1.2 压缩感知技术的发展及研究现状12-13
• 1.3 基于压缩感知信道估计的研究现状13-15
• 1.4 论文的研究内容与组织结构15-17
• 第二章 水声通信系统与信道模型17-28
• 2.1 水声信道的传播特性17-22
• 2.1.1 衰减和噪声17-18
• 2.1.2 多径18-20
• 2.1.3 时变特性20-21
• 2.1.4 多普勒效应21-22
• 2.2 单载波频域均衡(SC-FDE)原理22-27
• 2.2.1 SC-FDE系统框图22-23
• 2.2.2 SC-FDE系统的基本原理23-25
• 2.2.3 SC-FDE线性均衡25-27
• 2.3 本章小结27-28
• 第三章 压缩感知理论28-38
• 3.1 压缩感知理论框架28-29
• 3.2 信号的稀疏表示29-30
• 3.3 观测矩阵的设计30-32
• 3.4 信号的重构算法32-37
• 3.4.1 基追踪算法33-34
• 3.4.2 匹配追踪算法34-35
• 3.4.3 正交匹配追踪算法35
• 3.4.4 压缩采样匹配追踪算法35-37
• 3.5 本章小结37-38
• 第四章 水声信道估计与跟踪算法38-46
• 4.1 水声系统模型38-40
• 4.2 传统LS信道估计方法40-41
• 4.3 压缩感知信道估计方法41-43
• 4.4 水声信道跟踪方法43-45
• 4.5 本章小结45-46
• 第五章 算法实验与结果分析46-54
• 5.1 实验场景46-47
• 5.2 实验结果分析47-52
• 5.3 实验结论52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 第六章 总结与展望54-57
• 6.1 论文总结54-55
• 6.2 下一步工作展望55-57
• 参考文献57-61
• 致谢61-63
• 攻读学位期间发表的学术论文目录63

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前3条

1 石光明;刘丹华;高大化;刘哲;林杰;王良君;;压缩感知理论及其研究进展[J];电子学报;2009年05期

2 李树涛;魏丹;;压缩传感综述[J];自动化学报;2009年11期

3 李子,蔡跃明,阚春荣,徐友云;OFDM系统中的盲信道估计[J];信号处理;2005年05期

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本文编号：799748