OFDM水声通信中信道估计与均衡技术研究

论文摘要

水声通信的目的在于高速、可靠地将信源信息经过海洋声信道传输到信宿。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。但随着传输距离的增加,信道条件恶劣,多径、多普勒频移影响加剧,需要设计相适应的OFDM系统并采取有效手段改善系统性能。信道估计与均衡是通信传输领域的关键技术,直接影响通信传输系统的性能。本文主要研究OFDM水声通信系统中的信道估计与均衡技术。论文首先介绍了OFDM的基本模型和表示形式,在此基础上讨论了在OFDM水声通信中进行信道估计和均衡的必要性。文中主要讨论了基于导频的信道估计方法,研究了块状导频、梳状导频和梅花状导频方案并结合不同的水声信道条件对三种导频方案进行仿真;针对块状导频方案,研究并仿真了LS、MMSE和LMMSE算法;针对梳状导频及梅花状导频方案,研究了常值插值、线性插值、高斯插值和三次样条插值算法,并进行了计算机仿真;针对LS算法,研究并仿真了基于小波降噪的LS信道估计器和基于DFT的信道估计算法。最后,在此基础上进行了水池试验,验证了不同的信道估计和均衡算法。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水声通信的发展历史及研究现状
• 1.3 水声信道的特点
• 1.4 多载波技术在水声通信中的研究
• 1.5 论文的主要工作
• 第2章 OFDM的基本原理及关键技术
• 2.1 OFDM系统的基本模型
• 2.2 OFDM的表示形式及DFT的实现
• 2.3 OFDM的保护间隔和循环前缀
• 2.3.1 保护间隔的引入
• 2.3.2 循环前缀的理论分析
• 2.3.3 插入保护间隔的影响
• 2.4 OFDM系统的关键技术
• 2.4.1 调制技术
• 2.4.2 同步技术
• 2.4.3 信道编码
• 2.4.4 信道估计与均衡
• 2.4.5 子载波的比特和功率分配
• 2.4.6 峰值平均功率比（PAPR）控制
• 2.5 OFDM系统在水声信道下应用的优缺点分析
• 2.6 水声OFDM系统研究实例
• 2.7 本章小结
• 第3章 OFDM信道估计与均衡
• 3.1 基于导频的OFDM系统模型
• 3.2 导频符号的插入
• 3.2.1 导频符号间隔的选取
• 3.2.2 导频符号插入方式
• 3.2.3 不同导频图案的性能仿真
• 3.3 基于块状导频的信道估计算法
• 3.3.1 最小平方（LS）信道估计
• 3.3.2 最小均方误差（MMSE）信道估计
• 3.3.3 线性最小均方误差（LMMSE）信道估计
• 3.3.4 仿真结果及分析
• 3.4 信道估计中的插值算法
• 3.4.1 常值插值
• 3.4.2 线性插值
• 3.4.3 高斯插值
• 3.4.4 三次样条插值
• 3.4.5 各种插值算法的性能仿真
• 3.5 基于小波降噪的信道估计算法
• 3.5.1 小波降噪的基本原理
• 3.5.2 基于小波降噪的OFDM信道估计器
• 3.5.3 仿真结果及分析
• 3.6 基于DFT的信道估计算法
• 3.6.1 基于DFT的信道估计算法
• 3.6.2 性能仿真
• 3.7 本章小结
• 第4章 水声通信试验
• 4.1 水声通信试验系统
• 4.2 试验结果分析
• 4.3 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢