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水声通信中基于SC-FDE系统的自适应均衡技术研究

作　者: 余佳超
导　师: 苏为
学　校: 厦门大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 水声通信 自适应均衡 信道估计 SC-FDE
分类号: TN929.3
类　型: 硕士论文
年　份: 2014年
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内容摘要


随着人们开发和利用海洋步伐的加快,水声通信技术在海洋经济发展和国防建设中发挥了越来越重要的作用。水声信道一个是十分复杂的时-频-空变信道,其多径效应使信号产生衰落,严重影响系统性能。因此,抗多径传播,减小码间干扰是水声通信研究的重点。自适应均衡器能够根据信道传输特性的变化自动调整参数以尽可能实现最佳的信道均衡。同时,单载波频域均衡(SC-FDE)技术,可以有效地对抗频率选择性衰落,减小码间干扰,成为研究热点之一。本文针对水声通信中信道的特点,将SC-FDE系统与自适应均衡器相结合,研究了基于SC-FDE系统下自适应均衡技术,并通过SEED-VPM642开发板设计并实现这种自适应均衡器,旨在提高系统的抗干扰性能,建立一个高速率和可靠性强的水声通信系统。本文主要研究工作与成果如下：1、研究了SC-FDE系统中信道估计技术,通过MATLAB仿真得出,当信噪比小于10dB时,信道估计算法采用MP估计算法比LS估计算法的SC-FDE系统的误码率低。相对于LS估计算法,MP估计算法可以获得约5dB左右的增益。2、研究了SC-FDE中频域线性均衡器、时域判决反馈均衡器以及时频混合判决反馈均衡器,运用MATLAB仿真得出,当信噪比为3dB,数据率为4kbps时,三种均衡算法中时频混合DFE算法的均衡性最好,其次是时域DFE算法,频域线性均衡器的均衡性能最差,采用时频混合DFE算法比频域线性算法大致提高了2dB左右的增益。而当信噪比为8dB,数据率为4kbps时,三种均衡器的均衡性能相差不大。同时,当使用时域DFE时,分别对LMS、NLMS、RLS三种自适应算法进行仿真,通过仿真结果得出,运用RLS算法的均衡效果最好,NLMS其次,LMS算法最差。3、对于基于SC-FDE系统的自适应均衡技术进行了水池实验结果表明：当收发距离相同3.52m时,均衡算法采用时频混合DFE算法,SC-FDE系统使用MP估计算法时,误码率为0.51%,而使用LS估计算法时,误码率为1.41%。说明,此时MP估计算法比LS估计算法对信道的估计值要准确。当收发距离为3.52m时,信道估计算法采用MP算法,SC-FDE系统使用时域DFE与时频混合DFE算法时的误码率分别为0.99%与0.51%,而使用频域线性均衡时误码率为2.08%,说明采用DFE均衡性能要优于频域线性均衡。4、对于基于SC-FDE系统的自适应均衡技术进行了海洋实验结果表明：当通信距离为10km,数据率为4kbps时,均衡算法采用时频混合DFE算法,基于LS算法的系统的误码率在10-1数量级,而基于MP算法的SC-FDE系统的误码率为10-2数量级。相比LS算法,MP算法的误码级别降了一级。当通信距离为10km,数据率为4kbps时,信道估计算法采用MP算法,频域线性均衡算法误码率为10-1数量级,时域DFE误码率为1%左右,而时频混合DFE算法的误码率为0.6%左右。5、运用SEED-VPM642开发板和CCS3.3集成开发环境,对基于SC-FDE系统的自适应判决反馈均衡器进行设计与实现。

全文目录


摘要  4-6
Abstract  6-12
第一章 绪论  12-18
  1.1 研究背景及意义  12-13
  1.2 水声通信发展现状  13
  1.3 SC-FDE系统发展现状  13-14
  1.4 自适应均衡算法研究现状  14-15
  1.5 本文主要研究内容  15-18
第二章 自适应均衡技术  18-36
  2.1 均衡技术  18-21
  2.2 自适应算法  21-29
    2.2.1 最小均方(LMS)算法  22-24
    2.2.2 递归最小二乘(RLS)算法  24-27
    2.2.3 归一化最小均方(NLMS)算法  27-28
    2.2.4 自适应算法仿真  28-29
  2.3 均衡器  29-34
    2.3.1 频域线性均衡器  29-30
    2.3.2 时域判决反馈均衡器  30-31
    2.3.3 时频混合判决反馈均衡器  31-33
    2.2.4 不同均衡器的比较  33-34
  2.4 本章小结  34-36
第三章 基于SC-FDE系统的自适应均衡算法研究  36-52
  3.1 SC-FDE系统基本原理简介  36-37
  3.2 训练序列  37-39
    3.2.1 UW序列  37-38
    3.2.2 gold序列  38-39
  3.3 同步技术  39-40
  3.4 信道估计技术  40-45
    3.4.1 最小二乘(LS)估计算法  41-42
    3.4.2 匹配追踪(MP)估计算法  42-43
    3.4.3 仿真结果  43-45
  3.5 基于SC-FDE系统的自适应均衡技术性能仿真  45-50
  3.6 本章小结  50-52
第四章 实验结果及分析  52-74
  4.1 水池实验  52-65
    4.1.1 水池实验环境与设备  52-54
    4.1.2 实验参数设置  54-55
    4.1.3 实验结果及分析  55-65
  4.2 海洋实验  65-72
    4.2.1 海洋实验环境  65-67
    4.2.2 实验参数设置  67
    4.2.3 实验结果与分析  67-72
  4.3 本章小结  72-74
第五章 自适应均衡算法的DSP实现  74-84
  5.1 DSP芯片简介  74-75
  5.2 DSP芯片的选择  75-76
  5.3 软件设计  76-83
    5.3.1 CCS集成开发环境  76-77
    5.3.2 算法的选择  77
    5.3.3 定点数运算  77-79
    5.3.4 自适应均衡器的设计与实现  79-83
    5.3.5 系统优化  83
  5.4 本章小结  83-84
第六章 总结与展望  84-86
  6.1 研究工作总结  84-85
  6.2 未来工作展望  85-86
参考文献  86-90
致谢  90-92
攻读硕士学位期间学术论文及研究成果  92

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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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