SDF与CHF时域均衡技术在水声DS-CDMA系统中的应用研究

论文摘要

水下声信道是一个多途传播丰富、随机起伏剧烈的窄带时-空-频变信道,这些特性成为水下高速率、高可靠通信的主要障碍。对于带宽利用率较高的相干通信方式,在接收机中采用时域自适应均衡技术来抵御多途引起的码间干扰是一种主流方式,将锁相环内嵌于均衡器结合多普勒频移补偿技术可更有效地跟踪时变信道,克服多途扩展和频率偏移的影响,有利于实现水下运动平台间的通信。近年来,应鱼雷等水下潜器远程摇控、摇测的需求,扩展频谱通信,尤其是直接序列扩频技术（DSSS）,在水声通信中得到了大量的研究与应用。其核心思想是使系统发射带宽远大于信息带宽,换取信噪比上的增益,实现低信噪比条件下的可靠通信。在DSSS系统中,由于采用相关接收,只要各多途传播路径的时延大于扩频码的码片间隔,接收机即可很好的抑制多途扩展导致的码间干扰。另一方面,若将能够跟踪时变信道的自适应判决反馈均衡技术应用于DSSS系统接收机,即采用SDF均衡技术,则在抑制码间干扰的同时,又可改善扩频系统对多普勒频偏的抵御能力。而且,若将均衡器的抽头系数与锁相环的估计相位以码片速率进行更新,接收机跟踪快速时变信道的能力也将明显增强,这就是假设反馈均衡器（CHF）的基本思想。论文主要研究SDF与CHF两种时域自适应均衡技术在DS-CDMA水声通信系统中的应用,主要覆盖以下内容：1、扩频码型的选取、帧同步、多普勒估计与补偿。论文主要考虑m序列、Gold序列及Kasami序列三种扩频码序列,然后通过计算机仿真比较,从巴克码、线性调频信号等多种方法中选取最佳的同步头模式,并在CW脉冲估计法、LFM块估计法及LFM脉冲对法三种方法中选择适用于DS-CDMA低信噪比通信的多普勒频偏估计方法。2、研究SDF与CHF接收机的均衡性能。首先,对两种时域均衡算法的基本原理进行分析与讨论；然后,完成DS-CDMA水声通信系统仿真模型的搭建；最后,从扩频码周期的影响、跟踪时变信道的能力、多用户干扰的影响、对输入信噪比的要求及接收机参数选取等多个方面入手,完成两种接收算法的性能仿真与比较。3、进行水池实验。通过对实验数据的分析与处理,验证SDF与CHF两种均衡算法应用于DS-CDMA水声通信的可行性,并对两者的性能进行综合比较。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 水声通信发展历程
• 1.2 水声扩频技术的应用及研究现状
• 1.3 时域自适应均衡技术在水声通信中的研究与应用现状
• 1.3.1 水声自适应均衡技术的研究与发展
• 1.3.2 假设反馈均衡器的应用研究
• 1.4 论文主要研究内容
• 第2章 水声DS-CDMA通信系统
• 2.1 浅海水声信道
• 2.1.1 浅海水声信道特点
• 2.1.2 浅海水声信道建模
• 2.2 水声DS-CDMA系统建模与分析
• 2.2.1 DS-CDMA信号的发射
• 2.2.2 DS-CDMA信号的接收
• 2.3 水声DS-CDMA系统同步技术
• 2.3.1 帧同步
• 2.3.2 载波同步
• 2.3.3 多普勒频移估计与补偿
• 2.3.4 扩频码同步
• 2.4 本章小节
• 第3章 水声DS-CDMA系统中时域均衡技术
• 3.1 时域均衡原理
• 3.2 时域均衡器分类
• 3.2.1 线性均衡器
• 3.2.2 判决反馈均衡器
• 3.2.3 分数间隔均衡器
• 3.3 自适应算法
• 3.3.1 LMS算法
• 3.3.2 RLS算法
• 3.4 基于SDF与CHF的DS-CDMA接收机设计
• 3.4.1 系统模型概述
• 3.4.2 以码元速率更新的判决反馈均衡器（SDF）
• 3.4.3 以码片速率更新的假设反馈均衡器（CHF）
• 3.5 本章小节
• 第4章 SDF与CHF接收机性能仿真
• 4.1 水声DS-CDMA系统仿真模型
• 4.2 扩频码码型的选取
• 4.3 扩频码长度的影响
• 4.4 抗多普勒频偏的能力
• 4.5 抗多用户干扰的能力
• 4.6 输入信噪比对误码率的影响
• 4.7 接收机参数对均衡性能的影响
• 4.8 本章小节
• 第5章 SDF与CHF接收机的水池实验
• 5.1 概述
• 5.2 系统参数及帧结构设计
• 5.2.1 系统参数选取
• 5.2.2 数据帧结构设计
• 5.3 系统测试
• 5.3.1 电信号测试
• 5.3.2 水下声信号测试
• 5.4 实验结果分析
• 5.4.1 静态实验
• 5.4.2 动态实验
• 5.5 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
• 附录