水声FTN系统中双向软信息迭代接收算法

发布时间：2020-07-13 04:46

【摘要】：近年来,军用、民用海洋信息化工程得到快速发展,水下通信的广泛应用需求迫切需要高速率可靠通信技术的支持,特别是在信息需要实时处理的领域。目前,水声通信技术是进行水下无线通信的主要技术手段,而水声信道因其自身严重时变、多径、多普勒等效应使得接收信号发生混叠,带来严重的码间串扰(Inter Symbol Interference,ISI);超奈奎斯特(Faster Than Nyquist,FTN)技术可以打破Nyquist准则的限制,使系统获得更高的传输速率,但却以引入自身ISI为代价。而如何在水声FTN系统接收端以较低复杂度算法的对严重的ISI进行消除成为制约FTN传输技术应用于水声通信的主要问题。因此,本文针对水声FTN系统接收端均衡技术展开分析和研究。主要工作概述如下:1.对水声信道特性进行详细的分析,对FTN传输理论和Mazo界进行推导并仿真,验证FTN传输的可行性,从本质上掌握水声FTN传输系统ISI产生的原因。2.推导单载波水声FTN传输系统等效模型,基于此模型,研究分析传统均衡算法在水声FTN传输系统中的适用性,主要包括线性均衡算法如最小均方误差(Mininum Mean Squared Error,MMSE)均衡算法、判决反馈均衡算法和Turbo均衡算法。3.针对水声信道时变快等特点,设计双向帧结构,在信道估计算法的基础上结合MMSE-Turbo结构软信息交互原理,提出一种适用于FTN传输系统的低复杂度双向时域均衡的Turbo软信息迭代接收算法并在瑞利衰落多径信道和模拟时变水声信道中进行仿真分析,验证算法具有良好的误码率性能和较低的复杂度。4.将上述算法应用到水声FTN接收机中,引入空间分集技术并对其时间反转合并算法进行推导,提出一种双向时域均衡的Turbo软信息迭代分集接收算法。为了加快收敛速度,将时域均衡扩展到时-频二维均衡,提出一种双向时频联合均衡的Turbo软信息迭代分集接收算法。5.在浙江千岛湖进行不同加速因子、不同距离、不同季节、不同移动速率的实验。实验结果表明,本文提出的算法在水声FTN传输系统的不同应用场景中都具有良好的误码率性能,具有一定的实际应用价值。
【学位授予单位】：华南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB56;TN929.3
【图文】：

示意图,多径效应,仿真图

华南理工大学硕士学位论文径效应效应是确定信道响应的重要因素，声波的速度在水中随着深度的增同的声波的折射效应，信道边界的靠近引起水底、水平面的多次声匀介质的分布对声波产生了不同程度的散射作用。以上因素使得来过不同的路径到达接收机产生多径效应，导致接收信号产生严重混该现象的产生将对接收机的均衡算法提出更加严格的性能要求。MATLAB在水声信道模拟器BELLHOP产生浅海传输50m和深海传径效应的示意图如图 2-1 所示，设置浅海声速固定为 1531m/s，深)计算，反射系数、声速剖面、海底地形等参数采用默认值。

时变多径信道,千岛湖

图 2-2 千岛湖时变多径信道估计图应速度约为83 10 m/s，而由 2.1.1 节声速模型估算可知，1500m/s ，二者速率相差了 5 个数量级。在水声通信中，的频率较快，传统无线通信中比特持续时间极短可近似。同时，信号发送机和接收机的相对运动表面引起的变移、信号的散射和路径长度变化，导致水声信道表现出体自身的流动、温度随时间、空间的变化或外界引起的水声信道的时变性[55]。时变信道特性将会引起频率变化的信号发生频移和频散现象，这就是多普勒效应。在经信道抽头20 40 60 800

波频率,和声,吸收系数,水声信道

水声信道与 FTN 传输11图 2-2 千岛湖时变多径信道估计图2.1.4 多普勒效应电磁波的传输速度约为83 10 m/s，而由 2.1.1 节声速模型估算可知，声波在海洋中的传输速度约为1500m/s ，二者速率相差了 5 个数量级。在水声通信中，其比特持续时间较长，环境变化的频率较快，传统无线通信中比特持续时间极短可近似为非时变信道的思想将不再适用。同时，信号发送机和接收机的相对运动表面引起的变化将会导致声速剖面反射点的位移、信号的散射和路径长度变化，导致水声信道表现出快速的时变特性。另一方面，水体自身的流动、温度随时间、空间的变化或外界引起的微小波动也会在一定程度上加剧水声信道的时变性[55]。时变信道特性将会引起频率变化，从而使水声通信接收机接收到的信号发生频移和频散现象，这就是多普勒效应。在经典的通信理论中，多普勒频移可表示为：d cvf fc (2-9)其中，df 表示多普勒频移，cf 表示载波频率

【相似文献】