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基于SC-FDE的水声通信技术研究

作　者: 王利平
导　师: 孙大军
学　校: 哈尔滨工程大学
专　业: 水声工程
关键词: SC-FDE OFDM 多普勒估计与补偿 信道估计与均衡
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
下　载: 71次
引　用: 1次
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内容摘要


由于时变性和频率选择性衰落,水声信道是目前已知的最为复杂的信道。水声信道的这些特性阻碍了水下高可靠性、高速率通信系统的发展。传统的SC-TDE水声通信采用自适应判决反馈均衡的结构和相位跟踪的方法,随着通信速率的提高,符号持续时间变短,信道的时延扩展导致均衡器的复杂度升高,阻碍了其在高速水声通信中的进一步应用。OFDM因频谱利用率高、数据传输速率快、抗多径衰落能力强和实现简单成为近年来高速水声通信中的研究重点和热点之一,但其峰均比过高的弱点已逐渐成为系统实现和性能提高的瓶颈。SC-FDE技术,不仅可以有效对抗信道的频率选择性衰落,实现高速率、大容量的数据传输,而且能够避免SC-TDE系统复杂度过大和OFDM技术峰均比太高的不足,成为未来高速水声通信中的一项重要技术。本论文主要针对水声通信中SC-FDE的关键技术与应用进行了研究,所做的主要工作有:1.详细分析了SC-FDE系统中三种帧结构的优劣,重点研究了SC-FDE系统中参数帧周期的选取问题。2.SC-FDE水声通信系统中的多普勒估计与补偿。研究了三种多普勒估计算法,分别是块估计、CW脉冲测频估计和脉冲对估计,分析比较了不同算法的优缺点,在此基础上,论文提出了两种组合多普勒估计算法,并通过仿真验证了算法的性能。3.信道估计与均衡。分析比较了不同种类的信道估计与均衡算法并指出了如何选择SC-FDE系统的训练序列。另外,利用LS算法进行信道估计时,需要对其降噪,论文中提出采用变换域的方法对导频降噪。4.从系统原理、误码性能和峰均比等八个方面分析比较了水声SC-FDE和OFDM系统的性能。5.进行了水池实验,论证了基于SC-FDE水声通信的可行性和比较了SC-FDE和OFDM系统的性能。

全文目录


摘要  5-6
ABSTRACT  6-11
第1章 绪论  11-17
  1.1 论文研究的背景和意义  11
  1.2 水声通信的研究现状  11-13
  1.3 多载波技术在水声通信中的应用研究  13-15
  1.4 SC-FDE技术在水声通信中的应用研究  15-16
  1.5 论文的主要研究内容  16-17
第2章 SC-FDE水声通信系统模型  17-25
  2.1 浅海水声信道  17-19
    2.1.1 浅海水声信道的特点  17
    2.1.2 浅海水声信道和无线电信道比较  17-18
    2.1.3 水声通信信道建模  18-19
  2.2 SC-FDE通信系统的基本原理  19-24
    2.2.1 SC-FDE通信系统的基本结构  19-20
    2.2.2 SC-FDE通信系统的负载帧格式  20-22
    2.2.3 SC-FDE通信系统的参数选择  22-24
  2.3 本章小结  24-25
第3章 SC-FDE水声通信关键技术研究  25-51
  3.1 SC-FDE系统的同步技术  25-36
    3.1.1 时间定时同步  25-30
      3.1.1.1 时间定时偏差的影响  26-28
      3.1.1.2 时间定时同步算法  28-30
    3.1.2 频率同步  30-36
      3.1.2.1 频率偏差的影响  30-31
      3.1.2.2 多普勒估计  31-35
      3.1.2.3 多普勒补偿  35-36
  3.2 SC-FDE系统的信道估计与信道均衡技术  36-42
    3.2.1 信道估计技术  36-39
      3.2.1.1 频域信道估计  37-38
      3.2.1.2 时域信道估计  38-39
    3.2.2 信道均衡技术  39-41
    3.2.3 训练序列的选择  41-42
  3.3 SC-FDE系统关键技术仿真  42-50
    3.3.1 系统仿真参数  42
    3.3.2 信道建模  42-43
    3.3.3 多普勒估计相关算法性能分析  43-47
    3.3.4 训练序列选择对系统性能的影响  47-48
    3.3.5 基于变换域的LS 降噪处理  48-49
    3.3.6 信道均衡方式对系统性能的影响  49-50
  3.4 本章小结  50-51
第4章 SC-FDE与OFDM水声通信系统性能比较  51-62
  4.1 系统原理比较  51-52
  4.2 净比特率比较  52
  4.3 均衡复杂度比较  52-53
  4.4 峰均比比较  53-54
  4.5 系统容量比较  54-55
  4.6 误码性能比较  55-58
  4.7 同步偏差对系统性能的影响比较  58-59
  4.8 信道编码对系统性能的影响比较  59-61
  4.9 本章小结  61-62
第5章 SC-FDE的水下通信实验研究  62-80
  5.1 概述  62-64
  5.2 系统参数与帧结构设计  64-65
    5.2.1 系统参数设计  64
    5.2.2 系统帧结构设计  64-65
  5.3 系统测试  65-68
  5.4 实验结果分析  68-79
  5.5 本章小结  79-80
结论  80-82
参考文献  82-92
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果  92-93
致谢  93

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中图分类: > 工业技术 > 无线电电子学、电信技术 > 无线通信 > 水下通信（声纳通信）
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