MIMO水声信道分数间隔自适应均衡的研究

 针对水声通信MIMO系统频率选择性衰落信道提出了一种分数间隔的判决反馈均衡器.结合采用二阶销相环路补偿载波相位偏移的方法,该均衡器消除了码间干扰,同时还降低了噪声增益.最后,通过仿真实验比较了单输入单输出(SISO)系统分数间隔判决反馈均衡和多输入多输出(MIMO)系统恒模算法的分数间隔判决反馈均衡器的特性.     

一种半盲联合信道估计与均衡单载波相干水声通信接收机

基于Gibbs采样技术,设计了一种新的半盲联合信道估计与均衡单载波相干的水声通信接收机.首先,通过在数据帧前加入具有循环结构的训练序列估计信道,针对水声信道的稀疏特点,采用迭代稀疏最小化(sparse learning via iterative minimization,SLIM)算法提高低信噪比下的信道估计精度,得到信噪比精确的估计.其次,在数据帧处理中,基于水声信道的时变特点,将数据帧分成特定长度的重叠块进行处理.在重叠块中基于之前得到的信道估计结果,采用Gibbs采样技术得到发送信息的最大后验概率(maximum a posteriori,MAP),同时利用新获得的信息更新信道,跟踪信道的变化.对厦门港海域获得的10km海洋试验数据进行了处理分析,结果表明:相较传统频域线性均衡和时域的判决反馈(decision feedback equalizer,DFE)算法,该算法的鲁棒性强,误比特率显著降低.     

高速自适应水声语音系统的设计与实现

根据水声通信的复杂信道特性,设计了基于数字信号处理(DSP)的高速数字自适应多载波水声语音通信系统,采用MFSK调制技术、数据精确同步技术以及低噪PGA技术,有效地降低了误码率.通过对其关键技术的性能仿真和分析,以及在2km长、1.5m深的恶劣环境中实测,该系统表现出很好的实时性和良好的语音恢复性能,传输距离大于2km,误码率小于10-3.     

凸组合实时判决反馈稀疏水声信道盲均衡算法

针对高速水声通信信道稀疏特性,提出了一种凸组合实时判决反馈盲均衡算法。将盲均衡器分为保持均衡器支路和稀疏均衡器支路,以保持均衡器能量和权系数的瞬时梯度为判据,对稀疏均衡器支路对应抽头进行实时稀疏化处理。算法中避免设置稀疏化阈值,对不同稀疏水声信道和通信信号具有通用性,且对于时变稀疏水声信道可以利用保持均衡器支路恢复稀疏均衡器支路置零抽头系数,使算法对信道具有较强跟踪和冷启动能力。典型稀疏水声信道条件下的仿真结果证明,凸组合实时判决反馈稀疏水声信道盲均衡算法性能稳健,与全阶判决反馈盲均衡算法相比,计算简单,收敛速度快,稳态剩余误差小,有利于算法在水声通信系统中的推广应用。     

单载波MIMO系统中的一种鲁棒混合时频域均衡器

单载波频域均衡(SC-FDE)技术是新一代通信3GPP-LTE/LTE-Advanced上行链路物理层的关键技术之一.针对非理想信道估计,基于信道估计误差的统计模型,提出了一种适用于单载波MIMO系统的联合频域均衡和时域判决反馈的鲁棒接收均衡器.以最小化均方误差(MSE)为设计准则,推导了均衡器系数和均方误差的表达式,并给出了误码率的近似表达式.仿真结果表明,该鲁棒的混合时频域均衡器较现有均衡器有显著性能提升,而且提出的近似误码率分析结果和实际仿真结果非常接近.     

应用于水声OFDM通信系统的基于维纳滤波的信道估计

为了进一步提高水声OFDM通信系统的性能,本文主要研究了水声OFDM通信系统中基于维纳滤波的信道估计算法.该算法结合了水声信道的特点,采用梳状导频图案,对传统的LS算法进行了改进.在完成计算机仿真的基础上,该算法还在实际的水声信道厦门大学实验水池和厦门港浅海域进行实验.实验结果表明,该信道估计算法具有较好的精确度和稳定性,能够有效提高水声OFDM通信系统的性能.     

多通道判决反馈均衡器的移动水声通信技术

针对收发节点之间的相对运动使得信号压缩或者展宽、载波频率偏移,导致通信误码率较高的问题,提出基于m序列的水声信道时延-多普勒函数估计方法.在大连市小长山岛附近水域进行了移动水声通信试验,试验过程中发射船以2.5m·s~(-1)的恒定速度先靠近接收船而后远离.由于发射船相对于接收船方位时刻发生变化导致时变的多普勒效应.利用信号帧首部的m序列测得接收数据分别存在-15,-5和17 Hz的频率偏移,对接收数据进行重采样处理后采用多通道判决反馈均衡器抑制码间干扰以及残留的多普勒效应引起的相位变化,均衡后输出信噪比达到15.11,14.64和15.14dB.试验结果表明:该方法实现了时变水声信道的有效跟踪和补偿,大大提高了解码性能.     

非规则QC-LDPC码联合自适应均衡技术在浅海水声信道研究

浅海水声信道具有长时延、多途强、起伏快等特点,为提高数据传输可靠性,采用纠错能力强、编译码复杂度低的非规则准循环低密度奇偶校验(QC-LDPC)码作为信道纠错码方案,并联合自适应判决反馈均衡器(DFE)作为接收机结构以消除码间干扰(ISI).综合考虑非规则QC-LDPC码编译码参数选择、自适应均衡器中的最小均方差(LMS)、可变步长LMS(SVSLMS)和递归最小二乘(RLS)等3种算法的性能与复杂度权衡问题,结合福建泉港浅海域实测水声信道特性,研究了该接收机的性能.仿真结果表明:非规则QC-LDPC码的性能优于随机构造的规则LDPC码;联合自适应均衡的非规则QC-LDPC码可显著提高浅海水声通信系统性能,在较高信噪比(SNR)下,选用RLS算法时,误码率(BER)可降为0(15dB),选用低复杂度的SVSLMS算法BER可达到10-4(18dB).     

基于时间反转的水声信道判决反馈均衡算法

水声通信系统中多径扩展对水声信号传输有不利影响,而传统自适应均衡器不能实时补偿信道时变多径效应,因此利用时间反转技术的空时聚焦性,将时间反转技术与T/2分数间隔判决反馈均衡器相联合,构建了基于时间反转的水声信道判决反馈算法。仿真实验说明该算法可抑制码间干扰,降低误码率,验证了新算法的正确性和有效性。     

基于KF和虚拟技术的最优盲水声信道均衡算法

为了准确估计水声信道的多途数和多途时延,将虚拟技术和卡尔曼滤波(KF)盲自适应算法相结合,提出基于虚拟技术和KF的盲自适应水声信道均衡算法.采用虚拟技术将多途干扰和系统电噪声虚拟成环境噪声,基于最小均方误差(MMSE)准则下KF的最优估计特性,实现水声数据传输在信道环节的最优盲估计.短途水声通信试验(收发节点水平距离14 m,载波频率10 kHz,采样频率100 kHz,码元速率64.5 bit/s)和长途水声通信试验(收发节点水平距离5 km,载波频率6 kHz,采样频率48 kHz,码元速率11.8 bit/s)结果验证了所提算法的有效性.     

基于多普勒辅助和门限定阶的LMMSE信道估计算法

基于门限定阶的LMMSE信道估计方法在高速时变环境下均方误差(MSE)较大,因此本文提出一种基于多普勒辅助和门限定阶的LMMSE信道估计算法.该方法将一种多普勒辅助的插值方法应用到基于门限定阶的LMMSE信道估计算法中,以此来降低多普勒频移对信道估计的影响,减小了MSE且并不明显增加运算量.仿真实验表明,在移动台速度达到300 km/h,信噪比为10时,本文算法比自适应定阶的MMSE算法的MSE减小26.5%;当移动台速度迭到300 km/h,误码率性能为10~(-2)时,本文算法与自适应定阶的MMSE信道估计算法相比输入信噪比有1dB的改善.     

基于 PLC 信道相关性的分集合并技术研究

研究电力线信道(power line channel,PLC)相关性对提高电力线通信系统的性能具有重要意义.基于电力线信道的多输入多输出(multiple input muliple output,MIMO)模型和信道本身的物理特性,可知电力线载波通信系统中信道间存在一定的相关性.详细分析了电力线信道单输入多输出(single input multiple output,SIMO)系统中子信道之间相关性及计算方式,同时也分析了电力线单输入多输出系统在分集合并技术下,采用二进制相移键控(binary phase shift keying,BPSK)调制方式时的最大比合并和等增益合并的系统误码率,比较了2种分集合并技术在不同的信道相关性下的误码率.通过仿真得出,相关性会影响分集合并的误码率,进而影响系统的性能.     

MISO系统信道估计误差的影响比较

信道估计是多输入单输出系统中的一项重要工作,分析比较了信道估计误差对于三种多输入单输出系统(空时分组码系统、频域预均衡系统及最大范数复合信道传输分集系统)性能的影响．模拟结果表明最大范数复合信道传输分集系统可以有效抑制干扰,降低误码率,因此对信道估计的误差比较灵敏。     

基于判决反馈均衡的水声信道估计与通信算法

在分析基于最小均方信道估计算法的基础上,对计算量较小的匹配追踪算法进行改进,引入路径门限调整机制以克服虚假路径造成的不良影响,利用重要路径权系数的2次迭代修正方法,进一步提高了水声稀疏信道的估计精度;借助于信道估计值进行均衡系数的解算,利用判决反馈均衡器(DFE)的输出信号对信道估计质量进行实时评估,提出了一种基于DFE的信道长度自适应选择的信道估计算法,同时,通过仿真和实地实验验证了其有效性.结果表明,所提出的算法能够在未知水声环境下实现对信道估计算法的自适应调整以及对预估信道长度的合理选择,以较高的计算效率而实现对水声信道的精确估计,满足未知水声信道环境下的精确信道估计及通信应用需要.     

一种适用于深海远程水声通信的LT-Turbo均衡方法

深海水声信道具有信噪比低、信道参数随时间和空间变化的特点,而且由于反馈延时长等限制,在当前的深海远程水声通信系统中很难建立有效的反馈信道,这也使基于反馈信道的差错控制方法和组网协议难以应用于深海远程水声通信.针对以上两方面问题,本文提出了一种基于Ludy Transform编码(LT编码)的联合迭代均衡译码方法,简称LT-Turbo均衡方法.该方法利用了LT编码的无固定编码速率、与信道和通信节点无关等特性,能够在深远海水声通信中灵活控制编码速率,并通过联合迭代均衡译码,进一步提高通信效率.数值仿真结果显示,相比于分离的均衡译码方法,LT-Turbo均衡方法能够获得更低的误码率,而且更接近理论极限;在低信噪比的深海水声信道中,实现同样的可靠信息传输,该方法所需的编码冗余度为传统时域重发方法的1/2左右,提高了有效信息传输速率.     

水声OFDM系统多普勒频移和信道的联合估计

水声通信是近年来研究的热点,但由于水声信道本身的问题,如多径延迟、多普勒频移、信号衰减、窄带宽、时变等特点,使得水声通信传输数据速率低,传输误码率(BER)高.正交频分复用(OFDM)在水声通信中具有很大优势,但它对载波频率偏移(CFO)敏感.基于循环前缀正交频分复用(CP-OFDM)的水声通信系统,对多普勒引起的CFO进行补偿,同时利用延迟-多普勒域中的稀疏性对水声双选信道进行压缩感知信道估计.通过计算机仿真和水池实验,验证了这种双选信道估计的有效性和可靠性.     

自适应非零延迟MMSE盲均衡算法

针对单输入多输出(SIMO)模型提出一种基于非零延迟均衡器的自适应最小均方误差(MMSE)盲均衡算法,该方法通过均衡器系数、不同延迟下的截短协方差矩阵及信号子空间三者之间的关系将零延迟均衡器推广到非零延迟均衡器。该方法不同于传统的零延迟均衡算法,可利用信道的多阶参数进行盲均衡使其减小信道一阶参数对均衡效果的影响,且对信道阶数过估计具有鲁棒性。文章给出了算法的Batch实现过程,同时为更好地适应一般时变信道环境和实现实时处理的要求,利用快速次子空间追踪算法(FDPM)通过递归迭代得到算法的自适应实现过程。仿真实验表明在信道一阶参数能量较小或信道阶数过估计的条件下,即使信噪比较低,算法仍具有良好的均方误差(MSE)性能,此外自适应算法能够在几百个样本值内使信号快速达到收敛。     

基于被动时间反转的差分循环移位扩频水声通信

针对在时变的水声信道中系统的精确同步十分困难,而传统循环移位扩频系统在没有精确同步的条件下,很难准确判决的问题,提出一种差分循环移位扩频水声通信方法.该方法采用差分方式调制,能够在系统粗同步的条件下准确解调信息;在接收端采用被动时间反转方法解调,抑制多径效应产生的影响,并降低系统的复杂度.湖上试验结果表明:所提方法在1.8km的通信距离下实现无误传输;对试验数据附加噪声和同步误差处理后,在信噪比为-8dB、同步误差为5/4移位单元情况下的误码率达到10-5.     

基于LDPC编码的水声OFDM系统设计

水声信道是目前通信环境中最为恶劣的信道,只有采用强有力的调制编码方式才可能实现高速可靠的通信.笔者提出了一种水声LDPC-OFDM系统设计方案,采用LDPC码进行纠错,并用一个均衡器消除多普勒频移引发的载波间干扰,从而提高通信质量.仿真结果表明该方案能够得到理想的增益.     

基于串扰判决反馈信道均衡算法的语音通信系统设计

在强电磁干扰环境下,由于语音通信受到通信信道的快速时变衰落和码间干扰的影响,导致信道不均衡,降低了语音通信质量。提出一种基于串扰判决反馈信道均衡的语音通信系统的设计方法。该方法采用横向滤波器进行电磁干扰滤波器设计,利用语音通信信息传输信道频率特性的逆大于信息自身带宽的特征,通过调整均衡器参数进行,进行串扰判决反馈设计,结合信道自适应均衡处理技术,进行强干扰环境下语音通信信道均衡,以达到语音通信系统的优化。系统仿真结果表明,该语音通信优化系统具有抗电磁干扰能力及滤波性能较好、输出信噪比高、通信距离远、通信速度快、可靠性高等优点。