多用戶OFDM水聲通信技術(shù)研究.pdf

1、水聲信道具有傳輸衰減大、傳播時(shí)延大、通信帶寬嚴(yán)重受限、多普勒頻偏嚴(yán)重、多徑時(shí)延擴(kuò)展嚴(yán)重等特點(diǎn)，給水聲通信網(wǎng)絡(luò)，特別是物理層的多用戶水聲通信帶來極大挑戰(zhàn)。本文以頻譜利用率高、抗多徑能力強(qiáng)的正交頻分復(fù)用（OFDM）技術(shù)為基礎(chǔ)，針對(duì)上行OFDM系統(tǒng)多用戶信道估計(jì)和異步多用戶接入，以及下行OFDM系統(tǒng)非一致多普勒頻偏估計(jì)和提高頻譜利用率的非正交多址接入四個(gè)水聲多用戶通信中的關(guān)鍵問題展開研究。為建立和完善水聲無線通信網(wǎng)絡(luò)提供穩(wěn)健的物理層保障。

2、r>　　首先，針對(duì)水聲上行通信多用戶信道估計(jì)導(dǎo)頻不足問題，在正交頻分多址（OFDMA）系統(tǒng)中提出一種稀疏信道估計(jì)與導(dǎo)頻優(yōu)化方法?；趬嚎s感知理論估計(jì)稀疏信道沖激響應(yīng)，并依據(jù)壓縮感知理論中測(cè)量矩陣互相關(guān)最小化原理，提出基于隨機(jī)搜索的導(dǎo)頻圖案和導(dǎo)頻功率聯(lián)合優(yōu)化算法。仿真和水池實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，所提方法的性能優(yōu)于基于線性內(nèi)插的最小二乘估計(jì)、未經(jīng)導(dǎo)頻優(yōu)化的壓縮感知信道估計(jì)以及單純基于導(dǎo)頻圖案優(yōu)化的壓縮感知信道估計(jì)。
　　其次，針對(duì)水聲上行通信

3、異步多用戶接入問題，在水聲 MIMO-OFDM系統(tǒng)下提出一種基于滑動(dòng)迭代的異步多用戶接收算法。首先研究了時(shí)間同步的多用戶 MIMO信號(hào)檢測(cè)方法，包括基于迫零和最小均方誤差的線性信號(hào)檢測(cè)，以及排序的連續(xù)干擾消除信號(hào)檢測(cè)。然后設(shè)計(jì)了一套適合水聲信道的OFDM異步多用戶接入算法，包括重疊截?cái)?、干擾消除、頻域過采樣、多用戶信道估計(jì)與解碼、以及干擾重構(gòu)五個(gè)處理模塊，并通過滑動(dòng)迭代結(jié)構(gòu)同時(shí)消除前向干擾和后向干擾影響。仿真和水池實(shí)驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證了滑動(dòng)迭代

4、異步多用戶接收算法的有效性。
　　再次，針對(duì)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)或多用戶下行通信中的多普勒頻偏問題，提出一種非一致多普勒頻偏綜合估計(jì)方法。首先對(duì)幀頭發(fā)送的兩個(gè)重復(fù)短 OFDM符號(hào)進(jìn)行多普勒因子的盲初始估計(jì)，然后利用每個(gè) OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)的循環(huán)前綴進(jìn)行時(shí)間細(xì)同步和多普勒因子跟蹤估計(jì)。數(shù)值仿真和湖上、海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該算法在不額外增加訓(xùn)練序列的情況下能夠很好的跟蹤每個(gè) OFDM符號(hào)的多普勒因子變化，且經(jīng)過時(shí)域重采樣補(bǔ)償多普勒后的系統(tǒng)誤比特率得到明

5、顯降低。
　　最后，提出一種高頻譜利用率的水聲 OFDM疊加編碼下行非正交多址接入方法，其中發(fā)送端利用用戶的信道統(tǒng)計(jì)特征進(jìn)行功率分配。推導(dǎo)了所提方法的可達(dá)速率區(qū)域邊界表達(dá)式和中斷概率，然后結(jié)合實(shí)際的信道編碼和星座圖映射設(shè)計(jì)了水聲 OFDM疊加編碼系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，當(dāng)兩用戶具有信噪比差異且均獲得非零數(shù)據(jù)率時(shí)，功率域非正交接入的OFDM疊加編碼的誤塊率和頻譜利用率性能均優(yōu)于正交接入的OFDMA系統(tǒng)。中距離和短距離海上實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，信