块迭代均衡技术在水声SC-FDE系统的应用研究

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水声通信信道是一个时-空-频随机变化的信道,是所有通信信道中最为复杂的信道,阻碍了水下高可靠性、高速率通信系统的发展。多径时延扩展的水声信道使得接收信号出现严重的频率选择性衰落,造成几十个甚至几百个码元间的干扰,因此,抗多径干扰成为水声通信必须解决的重要问题。单载波频域均衡技术作为一种4G核心技术[1],可以有效对抗信道的频率选择性衰落,实现高速、大容量的数据传输,成为未来高速水声通信的一个研究热点。  本文研究了一种适用于水声SC-FDE通信系统中的块迭代频域判决反馈均衡技术,该技术具有较好的抗多径干扰和抗衰落特性。为了有效地对抗水声信道中存在的深衰落,我们研究了两种频域判决反馈均衡方法——时频域判决反馈均衡和块迭代频域判决反馈均衡并对这两种技术进行比较分析。针对海洋信道稀疏的特性,采用压缩传感的方法进行信道估计以保证均衡所需的精确信道估计。我们针对块迭代频域判决反馈均衡存在的不足,提出了联合LDPC信道编码的块迭代频域判决反馈均衡(LDPCIBDFE)技术。厦门大学实验水池及厦门浅海海域的实验结果表明,该均衡方法可实现浅海水声信道下2kb/s的高速数据传输。  论文的主要研究工作如下:  1.在分析水声信道特性的基础上,介绍了水声SC-FDE通信系统的基本结构、负载帧格式、参数选择及其关键技术;  2.利用水声信道的稀疏特性,将压缩传感的理论应用于水声信道估计中。研究了测量矩阵及重构算法在信道估计中的应用;  3.研究了块迭代频域判决反馈均衡的方法。为了能够准确地实时地对前馈部分和反馈部分的系数进行更新,利用已知的UW(UniqueWord)字和每次参与迭代的接收到的UW字的相关性不断地对与滤波器系数相关联的参数进行更新;  4.结合LDPC码的优势,我们提出联合LDPC的块迭代频域判决反馈均衡的方法,形成内外迭代的模式以对抗水声信道的多径干扰与衰落;  5.在实验室水池和厦门港浅海海域对所提出的上述方法进行了实验。实验结果表明,该方法能有效对抗水声信道的多径衰落。
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