基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計研究及實驗分析.pdf_第1頁
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1、國內圖書分類號:TN914.42 學校代碼:10213國際圖書分類號:621.394.6 密級:公開工學碩士學位論文基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計研究及實驗分析碩 士 研 究 生: 趙帥導 師: 李維 副教授申 請 學 位: 工學碩士學 科: 信息與通信工程所 在 單 位: 深圳研究生學院答 辯 日 期: 2016 年 12 月授予學位單位: 哈爾濱工業(yè)大學哈爾濱工業(yè)大學工學碩士學位論文- I -摘 要水聲通信是一項以海水作為傳輸媒介利

2、用聲波進行信息傳遞的水下通信技術,也幾乎是現(xiàn)階段唯一可以在水下實現(xiàn)的可靠的無線通信方式。它的發(fā)展對人們探索海洋世界和開發(fā)海洋資源有著重要的意義。但水聲信道存在著嚴重的多徑效應、多普勒效應、時變效應、信號衰減大、環(huán)境噪聲強等問題,使得其成為實現(xiàn)高質量、高效率的水下通信不可避免的難題。正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)作為一種特殊的多載波調制技術,不但有著多載波高頻

3、帶利用率的優(yōu)點,并且通過引入循環(huán)前綴等技術使得其對多徑效應也有著很強的抵抗力。此外,針對基于 OFDM的水聲信道估計,傳統(tǒng)的方法并沒有考慮水聲信道的稀疏性。而本文將壓縮感知技術應用于水聲稀疏信道的估計中,并從理論仿真和實驗驗證兩方面展開研究。本文設計了 OFDM 水聲通信系統(tǒng)的部分收發(fā)模塊。在導頻模塊和峰均比抑制模塊設計中,考慮了多種方法,并通過仿真比較,分別選擇了可以提高系統(tǒng)頻帶利用率的正交相移鍵控調制和無失真的選擇映射序列峰均比抑制

4、方法。設計的基于希爾伯特變換的變頻模塊,使系統(tǒng)擺脫了對硬件變頻器的依賴,減少了頻率偏移帶來的系統(tǒng)性能損失。設計的空間分集模塊通過采用最大比例合并算法極大程度地降低了系統(tǒng)的誤碼率。并通過仿真和實驗數(shù)據(jù)驗證了本文設計的數(shù)據(jù)收發(fā)結構在抗多徑干擾、頻譜利用率、抗噪聲等方面都有很好的表現(xiàn),且易于實現(xiàn)。在此基礎上,本文重點研究了基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計。建立了基于壓縮感知的稀疏多徑水聲信道模型,給出了當前模型下的信號稀疏表示、字典矩陣的構造和

5、重構算法的實現(xiàn),并分析了壓縮感知中兩種重構算法正交匹配追蹤、基追蹤算法在導頻數(shù)、時延過采樣因子等參數(shù)下的性能表現(xiàn)?;趯ьl的壓縮感知信道估計方法可以充分利用水聲信道的稀疏性,只需插入少量導頻,就可以實現(xiàn)對信號的精確重構,不但減少了系統(tǒng)頻帶開銷,還大大提高了系統(tǒng)的性能。本文在浙江千島湖進行了一次信號發(fā)射和數(shù)據(jù)采集水下通信實驗,并進一步將基于壓縮感知的信道估計算法用于實際數(shù)據(jù)處理中。通過實驗結果分析,不同參數(shù)下正交匹配追蹤、基追蹤算法均要好

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