基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計(jì)研究及實(shí)驗(yàn)分析.pdf

1、國(guó)內(nèi)圖書(shū)分類號(hào)：TN914.42 學(xué)校代碼：10213國(guó)際圖書(shū)分類號(hào)：621.394.6 密級(jí)：公開(kāi)工學(xué)碩士學(xué)位論文基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計(jì)研究及實(shí)驗(yàn)分析碩 士 研 究 生： 趙帥導(dǎo) 師： 李維 副教授申 請(qǐng) 學(xué) 位： 工學(xué)碩士學(xué) 科： 信息與通信工程所 在 單 位： 深圳研究生學(xué)院答 辯 日 期： 2016 年 12 月授予學(xué)位單位： 哈爾濱工業(yè)大學(xué)哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文- I -摘 要水聲通信是一項(xiàng)以海水作為傳輸媒介利

2、用聲波進(jìn)行信息傳遞的水下通信技術(shù)，也幾乎是現(xiàn)階段唯一可以在水下實(shí)現(xiàn)的可靠的無(wú)線通信方式。它的發(fā)展對(duì)人們探索海洋世界和開(kāi)發(fā)海洋資源有著重要的意義。但水聲信道存在著嚴(yán)重的多徑效應(yīng)、多普勒效應(yīng)、時(shí)變效應(yīng)、信號(hào)衰減大、環(huán)境噪聲強(qiáng)等問(wèn)題，使得其成為實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量、高效率的水下通信不可避免的難題。正交頻分復(fù)用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM）作為一種特殊的多載波調(diào)制技術(shù)，不但有著多載波高頻

3、帶利用率的優(yōu)點(diǎn)，并且通過(guò)引入循環(huán)前綴等技術(shù)使得其對(duì)多徑效應(yīng)也有著很強(qiáng)的抵抗力。此外，針對(duì)基于 OFDM的水聲信道估計(jì)，傳統(tǒng)的方法并沒(méi)有考慮水聲信道的稀疏性。而本文將壓縮感知技術(shù)應(yīng)用于水聲稀疏信道的估計(jì)中，并從理論仿真和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證兩方面展開(kāi)研究。本文設(shè)計(jì)了 OFDM 水聲通信系統(tǒng)的部分收發(fā)模塊。在導(dǎo)頻模塊和峰均比抑制模塊設(shè)計(jì)中，考慮了多種方法，并通過(guò)仿真比較，分別選擇了可以提高系統(tǒng)頻帶利用率的正交相移鍵控調(diào)制和無(wú)失真的選擇映射序列峰均比抑制

4、方法。設(shè)計(jì)的基于希爾伯特變換的變頻模塊，使系統(tǒng)擺脫了對(duì)硬件變頻器的依賴，減少了頻率偏移帶來(lái)的系統(tǒng)性能損失。設(shè)計(jì)的空間分集模塊通過(guò)采用最大比例合并算法極大程度地降低了系統(tǒng)的誤碼率。并通過(guò)仿真和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)驗(yàn)證了本文設(shè)計(jì)的數(shù)據(jù)收發(fā)結(jié)構(gòu)在抗多徑干擾、頻譜利用率、抗噪聲等方面都有很好的表現(xiàn)，且易于實(shí)現(xiàn)。在此基礎(chǔ)上，本文重點(diǎn)研究了基于壓縮感知的水聲稀疏信道估計(jì)。建立了基于壓縮感知的稀疏多徑水聲信道模型，給出了當(dāng)前模型下的信號(hào)稀疏表示、字典矩陣的構(gòu)造和

5、重構(gòu)算法的實(shí)現(xiàn)，并分析了壓縮感知中兩種重構(gòu)算法正交匹配追蹤、基追蹤算法在導(dǎo)頻數(shù)、時(shí)延過(guò)采樣因子等參數(shù)下的性能表現(xiàn)?；趯?dǎo)頻的壓縮感知信道估計(jì)方法可以充分利用水聲信道的稀疏性，只需插入少量導(dǎo)頻，就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)的精確重構(gòu)，不但減少了系統(tǒng)頻帶開(kāi)銷(xiāo)，還大大提高了系統(tǒng)的性能。本文在浙江千島湖進(jìn)行了一次信號(hào)發(fā)射和數(shù)據(jù)采集水下通信實(shí)驗(yàn)，并進(jìn)一步將基于壓縮感知的信道估計(jì)算法用于實(shí)際數(shù)據(jù)處理中。通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析，不同參數(shù)下正交匹配追蹤、基追蹤算法均要好