基于因子圖的水聲通信均衡算法研究.pdf

1、水聲通信涉及國(guó)防水聲學(xué)和民用海洋開(kāi)發(fā)、利用諸多方面，受到各個(gè)國(guó)家的高度重視，水聲通信技術(shù)也是我國(guó)海洋事業(yè)中急待研究開(kāi)發(fā)的重要項(xiàng)目之一。水聲通信信道具有強(qiáng)多途、大衰減、高噪聲和嚴(yán)帶限等特異性，如此復(fù)雜的水聲信道造成嚴(yán)重的碼間干擾(Inter Symbol Interference)和接收信號(hào)的低信噪比，降低了水聲通信的可靠性。因此，如何在低信噪比環(huán)境下有效對(duì)抗多徑干擾成為長(zhǎng)距離，高速率水聲通信技術(shù)的難點(diǎn)。信道均衡算法中，基于最大后驗(yàn)概率的

2、均衡算法(Maximum A Posteriori)是基于平均錯(cuò)誤概率最小準(zhǔn)則下的最佳算法，但是算法的高復(fù)雜度缺點(diǎn)制約了其在實(shí)際中的應(yīng)用。人們致力于研究能獲得MAP算法的性能同時(shí)低復(fù)雜度的均衡技術(shù)。90年代出現(xiàn)的因子圖(Factor-Graph)在信號(hào)處理中的廣泛應(yīng)用和研究為實(shí)現(xiàn)低復(fù)雜度高性能的均衡技術(shù)提供了可能。
　　本文主要研究了基于因子圖的均衡算法的基本原理，利用和積算法將均衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為邊界問(wèn)題，詳細(xì)描述了算法的消息傳遞方法

3、，并對(duì)算法性能進(jìn)行了計(jì)算機(jī)仿真。針對(duì)算法對(duì)先驗(yàn)信息中對(duì)信噪比估計(jì)準(zhǔn)確度的要求，本文提出了一種基于FRFT的線性調(diào)頻信號(hào)的信噪比估計(jì)新方法，該算法準(zhǔn)確度較高且不會(huì)受到通信系統(tǒng)中信號(hào)調(diào)制方式的限制，具有廣泛的適用性。為了進(jìn)一步提高基于因子圖的均衡算法在低信噪比場(chǎng)景下的性能，本文在基本因子圖均衡算法的基礎(chǔ)上，提出了聯(lián)合LDPC因子圖的迭代均衡結(jié)構(gòu)(LDPC-FG)。廈門(mén)大學(xué)實(shí)驗(yàn)水池以及廈門(mén)淺海海域的實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該均衡算法能夠在較低信噪比環(huán)境

4、下，保證極淺海水聲通信系統(tǒng)的可靠性。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.根據(jù)線性調(diào)頻信號(hào)和高斯白噪聲在分?jǐn)?shù)階傅立葉(Fractional FourierTransform)域表現(xiàn)出的不同特點(diǎn)，提出一種基于FRFT的線性調(diào)頻信號(hào)的信噪比估計(jì)新方法;
　　2.介紹了因子圖及和積算法。在Forney型因子圖(FFG)如何利用和積算法求解邊界問(wèn)題，以及在因子圖中高斯消息傳遞的相關(guān)準(zhǔn)則。
　　3.實(shí)現(xiàn)了基于因子圖的均衡

5、算法，利用和積算法將均衡問(wèn)題轉(zhuǎn)化為邊界問(wèn)題，利用因子圖中的高斯消息傳遞得到了發(fā)送序列的最小均方誤差的估計(jì)值，該算法性能接近MAP算法。
　　4.為了進(jìn)一步提高基于因子圖的均衡算法在低信噪比的性能，我們提出聯(lián)合LDPC的迭代因子圖均衡算法(LDPC-FG)，給出了兩種不同的迭代均衡方案。
　　5.在實(shí)驗(yàn)室水池和廈門(mén)港淺海海域?qū)谝蜃訄D的均衡方法和迭代均衡算法進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)表明，在低信噪比環(huán)境下，本文提出的聯(lián)合LDPC的迭代