面向中繼的水聲通信系統(tǒng)資源分配方案研究.pdf

1、隨著科技的發(fā)展，通信技術(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于人類生活的方方面面。盡管陸上無線通信技術(shù)領(lǐng)域已經(jīng)趨于成熟，但是水下通信領(lǐng)域卻隱藏著巨大的潛力。地球表面近71％是海洋，蘊藏著大量的可利用資源，是全人類共同的財富，水聲通信則是發(fā)掘海洋資源的重要工具之一。因此，對于水聲通信技術(shù)及優(yōu)化方案的研究具有很大發(fā)展空間。本文的主要工作和創(chuàng)新點總結(jié)如下:
　　首先詳細(xì)闡述了水聲通信的關(guān)鍵技術(shù)，包括聲波基礎(chǔ)知識，水聲信道的特點與模型，尤其關(guān)注淺海水聲信道，OF

2、DM技術(shù)的概要，中繼協(xié)作通信的概念與分類，重點介紹了放大轉(zhuǎn)發(fā)與解碼轉(zhuǎn)發(fā)兩種中繼方案，為后面章節(jié)的研究奠定了基礎(chǔ)。
　　其次，本文采用跨層設(shè)計的思想，提出了一種基于ARQ反饋中繼協(xié)作水聲通信下行鏈路的資源分配方案。本方案利用目標(biāo)端的反饋信息ACK/NAK(正確譯碼/錯誤譯碼)，在給定目標(biāo)的誤包率、無法獲取信源端信道的狀態(tài)信息、相對復(fù)雜的水下環(huán)境以及中繼會放大轉(zhuǎn)發(fā)前路噪聲的情況下，可以實現(xiàn)目標(biāo)用戶的調(diào)度和速率的分配。仿真結(jié)果顯示，與傳

3、統(tǒng)的方案相比，利用所提出的方案可以在相對復(fù)雜度較小的基礎(chǔ)上實現(xiàn)較低的誤比特率，提升了系統(tǒng)整體性能。
　　第三，本文采用解碼轉(zhuǎn)發(fā)協(xié)議，研究了基于信道預(yù)測的DF中繼水聲通信系統(tǒng)功率分配方案，優(yōu)化目標(biāo)為系統(tǒng)容量最大化。由于快速的時變水聲信道和長傳播時延會導(dǎo)致信道狀態(tài)信息不及時，致使性能下降。為了解決這個問題，在信號傳播期間采用了信道預(yù)測來補償信道變化，即利用最小二乘自適應(yīng)濾波器(RLS)來預(yù)測即將到來的信道沖激響應(yīng)。與不采用信道預(yù)測方案

4、的仿真結(jié)果對比，證實了信道預(yù)測的重要性，可以顯著提高水聲通信系統(tǒng)的可靠性。
　　最后，本文研究了基于信道預(yù)測且加入直達(dá)徑的水聲通信系統(tǒng)功率分配方案，并且將中繼協(xié)作變?yōu)榉糯筠D(zhuǎn)發(fā)方式，優(yōu)化目標(biāo)也轉(zhuǎn)換為中斷概率最小化，結(jié)合信道預(yù)測，進(jìn)一步推導(dǎo)有分集合并方式下信源節(jié)點與中繼節(jié)點的最優(yōu)功率分配方案，由于加入直達(dá)徑變得更為復(fù)雜，為了便于分析，將之前使用的RLS算法更改為最小均方算法(LMS)，降低復(fù)雜度，在一定條件下性能更加穩(wěn)定，并且將中繼協(xié)