擴展譜通信GLRT-聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測.pdf

1、本文瞄準不確實信道下的有效、可靠通信，以信號處理、信息理論和傳播物理為支柱，在廣義似然比檢驗（GeneralizedLikelihoodRatioTest，GLRT）框架下，進行聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測，以設計擴展譜碼分多址(CodeDivisionMultipleAddress，CDMA)水下空時陣通信系統(tǒng)。
　　擴展譜調制，在發(fā)射端，將待傳輸?shù)男畔⒂门c所傳輸?shù)男畔⑾嗒毩⒌膫坞S機碼擴展成為寬帶信號，即使信號所占用的帶寬遠遠

2、超過所傳信息的必需帶寬;在接收端，使用完全相同的碼進行同步相關/匹配接收以解擴，進而恢復所傳送的信息。固有冗余偽隨機碼的引入不僅使發(fā)射信號為大時間帶寬乘積信號，而且還讓發(fā)射信號呈現(xiàn)類噪聲性，以至于擴展譜通信具有抗干擾、低截獲、高隱蔽等特性。在多用戶通信中，還可在每一發(fā)送信號中疊加不同的偽隨機碼來區(qū)分彼此，形成CDMA技術。
　　擴展譜調制在實現(xiàn)形式上主要分為直接序列擴展譜和跳頻擴展譜兩種。直接序列擴展譜利用偽隨機碼調制相移鍵控（P

3、haseShiftKeying，PSK）信號進行譜的擴展;跳頻擴展譜是在一個發(fā)射信號間隔內，按照偽隨機碼在一組預先規(guī)定的頻隙上隨機選擇一個或數(shù)個頻隙。與無擴展調制方式相比，擴展譜調制是以寬帶譜為代價來提高系統(tǒng)的可靠性的，利用CDMA技術，盡管相對于單用戶擴展譜通信而言，譜有效性/每碼片的總容量得到了提高，但采用隨機擴展的CDMA技術相對于確定性擴展的CDMA技術/無擴展多用戶時的譜有效性仍存在損失。
　　水聲通信中，我們面臨的海洋

4、波導環(huán)境，特別是淺海波導環(huán)境，由于其邊界及介質起伏效應，造成時延和多普勒擴展及其變化嚴重，致使經(jīng)海洋介質傳播的聲信號呈現(xiàn)出時間和頻率選擇性衰落。其次，海洋信道還存在多用戶干擾、有意干擾及帶寬嚴重受限等問題。因此，要想實現(xiàn)遠距離且有效可靠的水下通信必須采用空時陣通信。
　　時域模糊度函數(shù)在大時間帶寬乘積波形下低旁瓣，且波形“越亂越好”，時間上波形頻率無序尋求時延-多普勒集中。因此，本文在調制器端施加偽隨機碼以發(fā)射信號，解調器端利用同

5、步偽隨機碼解調接收信號。
　　利用空時對偶性，空域模糊度函數(shù)在大空間帶寬乘積陣形下低旁瓣，且陣形“越亂越好”，空間上陣幾何取向無序尋求陣響應向量集中。因此，本文收發(fā)端均采用“偽隨機”雙螺旋線陣(DoubleSpiralLineArray，DSLA)來作收發(fā)波束形成，以實現(xiàn)有效接收和有效照射。
　　借助于信號的幾何表征和信號空間分析，在發(fā)射信號先驗等可能情況下，最小差錯概率準則導出的白高斯信道下的最佳符號檢測器為最大似然檢測器

6、或最小距離檢測器，相應的接收機為相關接收機及其等效的匹配濾波器。實際水聲通信中，反映信道傳播變化的測量模型中會存在未知參數(shù)如信道，因此，若采用先對未知參數(shù)作估計，然后選擇最有可能的假設，則構成GLRT檢測器，其表現(xiàn)為:聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測。為了跟蹤信道變化，應采用自適應均衡/濾波，如基于遞歸最小二乘(RecursiveLeastSquare，RLS)的均衡/濾波。先驗信息與數(shù)據(jù)信息具有相加性，在基于數(shù)據(jù)信息的基礎上，根據(jù)信道的

7、空時演化特性構建狀態(tài)-空間模型，然后在GLRT框架下，利用序貫貝葉斯濾波——卡爾曼/質點濾波將先驗信息規(guī)則化地嵌入到算法設計中，通過反饋，改善迭代過程的收斂，形成寬容性處理方法。
　　為了設計低復雜度擴展譜CDMA序貫GLRT空時陣通信系統(tǒng)，本文首先著重對空時匹配濾波/時反技術進行了研究，提出了循環(huán)平穩(wěn)時反技術、時反-正交空時塊編碼技術和時反波束形成技術。鑒于被動時反是時+空處理，本文又提出采用空時聯(lián)合的陣處理方法——空-時最小均

8、方誤差(MinimumMeanSquareError，MMSE)來進一步提高通信系統(tǒng)的可靠性。然后，本文將時反和空-時MMSE分別與卡爾曼/質點濾波相結合設計了低復雜度的單載波/多載波擴展譜CDMA水下空時陣通信系統(tǒng)。本文的研究內容按三個部分展開。第一部分:水聲通信源-信道和空-時四維陣擴展譜GLRT;第二部分:單載波擴展譜通信GLRT;第三部分:多載波擴展譜通信GLRT。在第二三部分又有層次地對兩個子內容進行研究:(1)時反擴展譜通信