《水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究》由会员分享，可在线阅读，更多相关《水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究（127页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、哈尔滨工程大学 博士学位论文 水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究 姓名：李霞 申请学位级别：博士 专业：信号与信息处理 指导教师：桑恩方 20040401 水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究 捅要 ， ( 、随着人们开发和利用海洋步伐的加快，水下数字通信技术的研究越来越 受到人们的重视，逐渐成为水声研究领域中最具挑战性的课题之一。在带宽 严重受限的水声信道中实现高数据率通信，必须使用高带宽利用率调制技术， 并结合自适应均衡等技术，以有效地克服信道多途传播产生的符号间干扰F 本文以克服多途干扰、实现高可靠性的水声通信为出发点，以空间分集 均衡技术为主要研究内容，所做的工作和贡献主要概
2、括为如下几个方面： 对典型的线性和非线性自适应均衡器结构和算法进行研究，通过仿真对其 性能进行了比较；在此基础上对相应的派生算法进行了仿真和分析。 对块均衡、稀疏均衡及基于信道估计的均衡算法进行了阐述，并对几种自 适应算法进行了仿真比较，从而挑选出运算量较低的均衡算法。 对信号进行分集处理的几种常用技术进行了定量描述，并对空间分集均衡 处理中的联合均衡组合器和埘s E 均衡组合器两种结构的工作原理进行了详 细阐述，证明了后者在计算复杂度方面优于前者。 给出了线性分集均衡器和判决反馈分集均衡器两种结构的工作原理，并从 理论上证明了后者的最小均方误差性能优于线性空间分集组合器；给出了多 通道自适应
3、算法，并对不同算法的性能进行了比较，通过仿真证明了空间分 集均衡器与常规均衡器的性能差异。 在空间分集均衡的基础上结合了人工神经网络的处理技术，提出了一种可 用于空间分集的递归神经网络空间分集均衡器结构；在新采用的B P 神经元网 络算法中，提出了由神经元输入信号的强度来控制输出层权值的方法，从而 增强了信号成分的贡献，使系统的输出信噪比进一步得到提高； 为了更有效地跟踪水声信道的多普勒频移，提出了将二阶数字锁相环与空 间分集均衡相结合的算法，仿真结果表明，采用二阶数字锁相环的空间分集 均衡算法可有效补偿由于水声信道时变而引入的载波相位快速变化。 为了提高水声信道的利用率，对多用户的M I M
4、 O 系统进行了理论研究，并对 其性能进行了计算机仿真。 在吉林松花湖进行了水声通信试验，采用提出改进的算法对湖试数据进行 哈尔滨工程大学博士学位论文 处理，并与几种常规均衡结构的性能进行了比较，验证了所提出的算法在收 敛速度和容错性能方面优于常规空间分集均衡技术。该实验是国内首次进行 的采用空间分集技术的水声系统的湖上试验，并获得了良好的试验结果； 关键词：水声通信；多途；自适应均衡；空间分集；人工神经网络 水声通信中的自适应均衡与空间分集技术研究 A b s tr a c t N o w a d a y s ，d i g i t a lc o m m u n i c a t i o nt
5、h r o u g h b a n d l i m i t e du n d e r w a t e ra c o u s t i c c h a n n e l ( U W A C li so fg e n e r a li n t e r e s ti n 也ef i e l do fu n d e r w a t e rc o m m u n i c a t i o n I no r d e rt oa c h i e v eh i g hd a t ar a t e so nt h es e v e r e l yb a n d l i m i t e du n d e r w a t
6、 e r a c o u s t i cc h a n n e l s ，b a n d w i d t h e f f i c i e n tm o d u l a t i o n t e c h n i q u e sm u s tb ee m p l o y e d ， t o g e t h e rw i t hs o m es o p h i s t i c a t e ds i g n a lp r o c e s s i n ga l g o r i t h m s ，s u c ha sa d a p t i v e e q u a l i z a t i o nt e c h
7、 n i q u e f o rt h e i n t e r s y m b o l i n t e r f e r e n c ec a u s e d b y c h a n n e l m u l t i p a t hp r o p a g a t i o n T oa t t a i nr e l i a b l ed a t at r a n s m i s s i o no v e rU W A c h a n n e l s ，s p a t i a ld i v e r s i t y t e c h n o l o g ya n da d a p t i v ee q u
8、 a l i z a t i o nt e c h n o l o g yf i r e s e l e c t e da sm a j o rr e s e a r c h i s s u e T h em a i nc o n t e n ti nt h i sp a p e ra r ea sf o l l o w s ： A l lk i n d so fl i n e a ra n dn o n l i n e a r a d a p t i v ee q u a l i z a t i o n a n d t y p i c a la l g o r i t h m s o r e
9、s t u d i e de l a b o r a t e l y A n dt h e i rp e r f o r m a n c e sf i r ec o m p a r e db ys i m u l a t i o n O n t h eb a s eo fa b o v ea l g o r i t h m s ，c o r r e s p o n d i n gd e r i v ea l g o r i t h m sa r es i m u l a t e da n d a n a l y z e d T od e c r e a s eo p e r a t i o n
10、o ft h ee q u a l i z a t i o na l g o r i t h m ，t h eb l o c ke q u a l i z a t i o n ， s p a r s ea l g o r i t h ma n dt h ea l g o r i t h mb a s e do nc h a n n e le s t i m a t e da r ed e d u c e di n d e t a i l ，a l s ot h e s ea l g o r i t h m ss i m u l a t i o na n dc o m p a r i s o n
11、 h a v eb e e nd o n e S e v e r a lg e n e r a lm e t h o d so fs i g n a ld i v e r s i t yp r o c e s sa r cd e s c r i b e d ，a n dt h e p r i n c i p l eo f t h ej o i n te q u a l i z a t i o nc o m b i n e ra n dM M S E e q u a l i z a t i o nc o m b i n e r f i r e d e d u c e di nd e t a i
12、lt ot e s tc o m p u t a t i o nc o m p l e x i t yo f t h es t r u c t u r e - T h ep r i n c i p l e so ft h el i n e a r i t yd i v e r s i t ye q u a l i z e ra n dd e c i s i o nf e e d b a c k d i v e r s i t ye q u a l i z e ra r ep r e s e n t e d ，a n dt h eM M S E o ft h el a t t e ri sp r
13、 o v e dt ob e b e t t e rt h a nt h ef o r m e r M u l t i c h a n n e la d a p t i v ea l g o r i t h m s a l e p r e s e n t e d a n d c o m p a r i s o n ，a n d t h e p e r f o r m a n c e d i f f e r e n c e b e t w e e nt h e s p a t i a l d i v e r s i t y e q u a l i z e ra n dg e n e r a le
14、 q u a l i z e r a r et e s t i f i e db ys i m u l a t i o n O nt h eb a s eo fs p a t i a ld i v e r s i t ye q u a l i z a t i o nt h ea r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k t e c h n i q u e i sc o m b i n e d T h er e c u r s i o nn e u r a ln e t w o r kd i v e r s i t y e q u a l i z e r
15、 i s j 哈尔滨工程大学博士学位论文 二 p r e s e n t e d ，a l s ot h ec o r r e s p o n d i n gi m p r o v e da d a p t i v eu p d a t ea l g o r i t h m , a n dt h e v a l i d i t yo f t h es t r u c t u r ea n da l g o r i t h m a r et e s t i f i e d T ot r a c kt h eD o p p l e rs h i f t ，t h es e c o n do r d
16、 e rd i g i t a l p h a s el o c kl o o p i s c o m b i n e dw i t ht h es p a t i a ld i v e r s i t ye q u a l i z e r T h es i m u l a t i o na n dt e s tr e s u l t ss h o w t h a tt h em e t h o dC a l lc o m p e n s a t et h ef a s tc h a n g eo f t h ec a r r i e rw a v ep h a s ec a u s e d b y t h et i m e - v a r yo f U W A C T oi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo f L v W A C ，t h em u l t ii n p u ta n dm u l t io u t p u t ( M I M O
