一种降低复杂度的压缩感知水声信道估计方法

针对浅海的水声信道稀疏特性,提出了一种降低复杂度的前向回溯正交匹配追踪(RC-LABOMP)信道估计方法。首先计算正交匹配追踪和子空间追踪信道估计算法的两类支撑集,接着根据两类支撑集的交集和并集,预处理先验信息,最后利用先验信息完成前向回溯正交匹配追踪信道估计。该算法经过先验信息的预处理,能够减少原LABOMP算法的迭代次数,同时缩小原子的索引范围,因此能够显著降低原LABOMP算法的计算复杂度。此外,将提出的算法与水声Turbo均衡系统相结合,更适用于水声通信系统。仿真结果表明,所提算法在随机信道和水声信道条件下,具有估计精度高、误码率低的特点,同时能够显著降低LABOMP算法的计算复杂度,是一种适用于浅海水声信道的有效估计方法。     

固定波形时间保护间隔OFDM系统的信道估计

针对固定波形时间保护间隔OFDM系统信号构成的特点,本文提出了一种利用系统中周期出现的两种伪随机序列(PN和pn)相互配合以完成信道估计和跟踪的算法。理论分析和计算机仿真结果表明,在相邻两个OFDM符号的信道特性变化较小的工作环境中,本算法能够很好的对信道状态信息(CSI)进行估计和跟踪,实现OFDM系统的信道均衡。     

固定波形时间保护间隔MIMO-OFDM系统的信道估计

针对固定波形时间保护间隔MIMO-OFDM系统信号构成的特点,本文提出了一种利用系统中周期出现的两种伪随机序列(PN和pn)相互配合以完成信道估计和跟踪的算法。通过巧妙的设计,固定时间保护间隔之间满足了Alamouti空时码的关系,这给信道估计、跟踪和噪声抑制带来了较大的增益。理论分析和计算机仿真结果表明,在相邻两个OFDM符号的信道特性变化较小环境中,该算法能够很好的对信道状态信息(CSI)进行估计和跟踪,实现MIMO-OFDM系统的信道均衡。     

匹配跟踪技术在水声OFDM系统中的应用研究

信道的稀疏特性是水声信道的一个重要特点,匹配跟踪技术能够很好的利用信道的稀疏特性对基于OFDM的水声通信系统的信道估计进行改进,以减少信道估计所需导频的数量、提高信道估计的精度.本文采用匹配跟踪的方法估计信道非零系数的位置,降低噪声对信道估计的影响.通过仿真显,本文的方法能达到很好的信道估计性能,同时能够降低OFDM的峰均比.     

OFDM水声通信中基于SPM原理的载波频偏估计

水声通信中由水声信道的时变性或本地振荡器失配所引起的载波频偏(CFO)非常普遍,这使得正交频分复用(OFDM)在高速通信中的应用面临严重挑战.因为CFO破坏了OFDM子载波间的正交性,产生严重的子载波间干扰(ICI),从而使得系统无法工作.针对这一问题,提出了一种基于信号相位匹配(SPM)原理的OFDM载波频偏估计方法...     

一种水声通信Turbo均衡中的软迭代信道估计算法

 Turbo均衡技术是水声相干通信克服信道多径、消除码间干扰(ISI)的有效工具。Turbo均衡实际使用时需要对时变、多径信道进行良好的估计。为了提高信道估计的效果,该文基于时变横向滤波和相位旋转信道模型,提出一种水声通信Turbo均衡中的软迭代信道估计算法。该算法采用快速自优化最小均方算法得到各数据符号处的横向滤波器系数矢量并与二阶锁相环联合优化计算。通过仿真比较,该算法明显优于硬迭代信道估计算法,且相位估计性能优于其他文献中的软迭代信道估计算法。在海上试验中,水声通信距离5 km,方向近似垂直,接收阵起伏周期10 s,起伏幅度5 m左右,在此情况下进行数据采集。将该算法用于对海试数据的单通道Turbo均衡处理,实现无误码输出,验证了所提算法在软迭代信道相位估计方面的优势。     

基于FBMP算法的水声信道估计

设计了一种基于贝叶斯压缩感知(bayesian compressing sensing,BCS)的水声信道(underwater acoustic channel,UWAC)估计方法,并具体采用快速贝叶斯匹配追踪算法(fast bayesian matching pursuit,FBMP)对水声正交频分复用(OFDM)通信系统下的信道脉冲响应进行估计。在水声信道中,信道的抽头的位置及系数通常分别服从伯努利和复高斯分布,利用这一先验知识,首先对抽头的位置进行检测,然后通过最小均方误差准则得到准确的信道估计。仿真分析了导频数量、信噪比对FBMP、正交匹配追踪(orthogonal matching pursuit,OMP)、变换域(discrete fourier transform,DFT)、最小二乘法(least square,LS)信道估计算法的性能的影响,仿真结果表明,在稀疏信道下,基于FBMP的信道估计方法明显优于OMP、DFT、LS信道估计方法。     

一种OFDM导频的信道估计算法的研究

提出了一种基于编码的OFDM系统的导频符号迭代辅助信道估计。利用信道解码器中的APP符号来形成虚拟的导频。与原有的信道估计算法相比,此种算法不仅在一般的信道条件下具有良好的性能,而且更加适合快变信道条件下的OFDM系统。仿真结果表明:提出的OFDM信道估计算法不仅可以给出精度较高的信道信息,而且近似达到EM信道估计的性能。     

OFDM水声通信信道估计技术研究

水声通信系统的目的在于高速、可靠地将信源信息经过海洋声信道传输到信宿。正交频分复用(OFDM)技术具有抗多径、频带利用充分、传输数据率高的优点,在水声通信中具有重要的发展前景。但随着传输距离的增加,信道条件恶化,多径、多普勒频移影响加剧,需要设计相适应的OFDM系统并采取有效手段改善系统性能。介绍了基于导频的OFDM信道估计的基本算法,主要研究了LS(最小平方误差)、LMMSE(线性最小均方误差)、LRLMMSE(低秩线性最小均方误差)算法,对各种算法的性能和复杂度进行了分析。     

时域均衡在OFDM水声通信系统中的应用

为了对抗水声信道时延扩展大于循环前缀长度时引起的码间串扰问题,在基本的OFDM水声通信系统接收端进行DFT变换前加入相对较短的时域均衡器来限制信道冲激响应的长度。分析了基于MMSE准则的时域均衡算法的实现过程以及算法的复杂程度,对该算法在水声环境下的性能进行了仿真分析,并比较了影响系统性能的因素。结果表明通过加入时域均衡器能够有效对抗信道严重的时间离散性,改善OFDM水声通信系统在循环前缀不足时的系统性能。     

基于数据样本方差的正交频分复用水声通信多普勒频移估计方法

针对正交频分复用(OFDM)水声移动通信易受时变多普勒频移影响的缺点,该文提出一种基于数据样本方差的多普勒频移估计方法。利用前序符号的信道估计值恢复当前符号的有效数据序列及其频域分集副本,计算分集副本与数据序列的比值并搜索该比值序列在不同多普勒补偿因子下的方差,选取方差最小时对应的补偿因子作为多普勒频移估计值,利用稀疏贝叶斯学习和判决反馈信道估计算法获得修正后的信道频域响应并传递给后序符号,实现对多普勒频移的实时跟踪。数值仿真验证了该方法的可行性和优越性,海上试验证明,该方法实现了基于无人水下航行器的OFDM水声移动通信,能够对时变多普勒频移进行有效估计。     

Channel Estimation for Cyclic Postfixed OFDM

A novel channel estimation algorithm is presented in this paper for the recently proposed cyclic postfix based on orthogonal frequency division multiplexing （OFDM） systems. Phase equalization with the erasure decision is used to reduce both the channel estimation error and the computational complexity. Simulation results show that the proposed channel estimation algorithm can effectively estimate the channel impulse response （CIR） and the performance of the proposed phase equalization with erasure decision is comparable with the minimal mean square error （MMSE） equalization, but it offers less computational complexity.     

Synchronization techniques for underwater acoustic communications

Underwater acoustic channel is a challenging medium for communication due to the presence of significant multipath, high noise, frequency-dependent propagation loss, and high and non-uniform Doppler spread. Doppler shift is non-negligible in underwater communication due to the low velocity of underwater signals. Synchronization and Doppler estimation are important requirements for achieving good performance in this channel. Synchronization algorithms that give good performance in radio communication do not work well in underwater communication. Hence, this area has received a lot of attention from researchers. This paper surveys important works in the area. The techniques proposed in the literature for frame synchronization, frequency and phase synchronization, and timing synchronization in single carrier communications are reviewed here. The synchronization techniques proposed for OFDM, MIMO OFDM, and spread spectrum communication are also surveyed. Doppler estimation methods proposed in the literature are also reviewed. It is found that most of the recent works in underwater acoustic communication focus on OFDM synchronization. Deep learning-based methods proposed in the literature are also reviewed. Key open problems and areas that require future research attention in the field of synchronization and Doppler estimation in underwater communications are highlighted in this paper. The area needing most attention of underwater communication researchers was found to be MIMO OFDM due to the difficulty in synchronization in such systems while used in underwater communication. Reducing the computational complexity of the algorithms used is also important for future work. Schemes that work with Doppler due to relative velocity over 10 m/s also need to be developed.     

水声通信中脉冲干扰和载波频偏联合估计算法的研究

脉冲噪声和载波频率偏移严重影响正交频分复用(OFDM)水声通信系统性能。本文提出了基于稀疏贝叶斯学习(SBL)理论联合脉冲干扰和载波频偏估计算法。该算法在每次迭代中首先依据所有载波和频域信号的后验分布得到脉冲噪声最小均方误差(MMSE)估计值,然后根据该值估计出相应的载波频偏并对接收信号进行补偿,以降低脉冲噪声和载波频偏之间的相互影响。仿真结果表明,与已有分步估计算法相比较,新方法有效的降低了系统误比特率(BER),且该联合算法在非高斯背景下具有更好的稳定性。      

一种改进的OFDM水声通信频偏估计算法

在OFDM水声通信中,由于OFDM系统对频率偏差的敏感性和水声信道的复杂性,载波频偏估计显得尤为重要。本文首先研究了Song和M engali两种频偏估计算法,提出了一种改进的反馈重复频偏估计算法,该算法不仅保持了高精度,增大了估计范围,而且运算复杂度也较小。还在理想条件下对这种改进算法与以上两种算法进行了性能分析比较。此外,还在多径衰落的水声信道下对Song算法和改进方法进行了仿真比较。     

高数据率水声通信研究进展

高数据率水声通信是海洋工程领域的一个重要研究方向,是实现水下信息传输的主要方式之一。首先,阐述了高数据率水声通信的两种主要类型：单载波时域均衡和正交频分复用;然后,给出了两种调制方式的发展现状及其优缺点;随后,介绍了该课题组近十年来在该领域的研究成果,特别是基于单载波频域均衡的高数据率水声通信;最后,对高数据率水声通信的进一步研究方向进行了展望。     

基于叠加训练序列和低复杂度频域Turbo均衡的时变水声信道估计和均衡

针对时变水声信道估计和均衡问题,该文提出基于叠加训练序列(ST)和低复杂度频域Turbo均衡(LTE)的时变水声信道估计和均衡(ST-LTE)算法。基于叠加训练序列方案,将训练序列和符号线性叠加,使得训练序列和符号信道信息一致;基于最小二乘算法,进行信道估计。基于频域训练序列干扰消除技术,在频域消除训练序列对符号的干扰;基于频域线性最小均方误差(LMMSE)均衡算法,通过先验、后验、外均值和方差的计算,实现低复杂度信道均衡(符号估计);基于Turbo均衡算法,软重构叠加训练序列和更新信道估计,进行均衡器和译码器的信息交换,利用编码冗余信息,大幅度提升信道均衡性能。进行仿真、水池静态通信试验(通信频率12 kHz,带宽6 kHz,采样频率96 kHz,符号传输速率4.8 ksym/s,训练序列和符号的功率比为0.25:1)和胶州湾运动通信试验(通信频率12 kHz,带宽6 kHz,采样频率96 kHz,符号传输速率3 ksym/s,训练序列和符号的功率比为0.25:1),仿真和试验结果验证了所提算法的有效性。     

差分混沌移位键控在水声通信中的应用

水声信道作为目前已知最严酷、最复杂的无线通信信道之一，具有强多途干扰、时—频率双扩展、高噪、带宽窄等特征。水声信道的时变特性，使得估计与跟踪信道很困难，因此，研究无需信道估计与均衡的非相干稳健水声通信调制方法具有重要的意义。首先介绍了基于正交频分复用（OFDM）和扩频调制的水声调制技术的研究进展，然后，分析了差分混沌移位键控在水声信道下的可行性，提出了两种基于OFDM的多载波差分混沌移位键控方案，给出两个方案的调制解调器原理。在时—频双扩展信道和水声信道下，对两个方案进行了性能仿真和分析。性能结果表明所提出的方案在水声信道下具有良好的稳健性。