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、傳播時延大、通信帶寬嚴重受限、多普勒頻偏嚴重、多徑時延擴展嚴重等特點，給水聲通信網(wǎng)絡，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、抗多徑能力強的正交頻分復用（OFDM）技術(shù)為基礎，針對上行OFDM系統(tǒng)多用戶信道估計和異步多用戶接入，以及下行OFDM系統(tǒng)非一致多普勒頻偏估計和提高頻譜利用率的非正交多址接入四個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)絡提供穩(wěn)健的物理層保障。

2、r>　　首先，針對水聲上行通信多用戶信道估計導頻不足問題，在正交頻分多址（OFDMA）系統(tǒng)中提出一種稀疏信道估計與導頻優(yōu)化方法?；趬嚎s感知理論估計稀疏信道沖激響應，并依據(jù)壓縮感知理論中測量矩陣互相關(guān)最小化原理，提出基于隨機搜索的導頻圖案和導頻功率聯(lián)合優(yōu)化算法。仿真和水池實驗結(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、未經(jīng)導頻優(yōu)化的壓縮感知信道估計以及單純基于導頻圖案優(yōu)化的壓縮感知信道估計。
　　其次，針對水聲上行通信

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迭代的異步多用戶接收算法。首先研究了時間同步的多用戶 MIMO信號檢測方法，包括基于迫零和最小均方誤差的線性信號檢測，以及排序的連續(xù)干擾消除信號檢測。然后設計了一套適合水聲信道的OFDM異步多用戶接入算法，包括重疊截斷、干擾消除、頻域過采樣、多用戶信道估計與解碼、以及干擾重構(gòu)五個處理模塊，并通過滑動迭代結(jié)構(gòu)同時消除前向干擾和后向干擾影響。仿真和水池實驗結(jié)果驗證了滑動迭代

4、異步多用戶接收算法的有效性。
　　再次，針對點對點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方法。首先對幀頭發(fā)送的兩個重復短 OFDM符號進行多普勒因子的盲初始估計，然后利用每個 OFDM數(shù)據(jù)符號的循環(huán)前綴進行時間細同步和多普勒因子跟蹤估計。數(shù)值仿真和湖上、海上實驗結(jié)果表明，該算法在不額外增加訓練序列的情況下能夠很好的跟蹤每個 OFDM符號的多普勒因子變化，且經(jīng)過時域重采樣補償多普勒后的系統(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)計特征進行功率分配。推導了所提方法的可達速率區(qū)域邊界表達式和中斷概率，然后結(jié)合實際的信道編碼和星座圖映射設計了水聲 OFDM疊加編碼系統(tǒng)。仿真結(jié)果表明，當兩用戶具有信噪比差異且均獲得非零數(shù)據(jù)率時，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驗結(jié)果表明，信