基于ofdm的水声通信系统频偏和信道估计研究

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1、声明本学位论文是我在导师的指导下取得的研究成果，尽我所知，在本学位论文中，除了加以标注和致谢的部分外，不包含其他人已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得任何教育机构的学位或学历而使用过的材料。与我一同工作的同事对本学位论文做出的贡献均己在论文中作了明确的说明。研究生签名：≯噼；月巧日学位论文使用授权声明南京理工大学有权保存本学位论文的电子和纸质文档，可以借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容，可以向有关部门或机构送交并授权其保存、借阅或上网公布本学位论文的部分或全部内容。对于保密论文，按保密的有关

2、规定和程序处理。研究生签名：童堑兰翌弘妒年弓月髟日硕士论文基于OFDM的水声通信系统频偏和信道估计研究㈣Ⅷ籼Ⅷ帅砌㈣Ⅲ删ml摘要Y2§21248海底水声信道具有大时延高多普勒扩展的特点，因此其是最富有挑战性的无线信道之一。正交频分复用(OmlogonalFrequencyDivisionMuhiplexillg，OFDM)技术具备对抗高时延色散信道的特性，并能显著地降低接收端均衡器复杂度，是未来水声通信系统最具竞争力的关键技术之一。但是，OFDM的主要缺点是对频偏(Ca玎ierF-equencyO韪斌，C

3、FO)比较敏感，当归一化CFO较大时，比如超过0．05时，会产生子载波间干扰，导致系统误码性能严重下降。同时精确的信道估计对接收端高可靠地解调和恢复发送信号至关重要。鉴于此，本文重点研究基于0FDM的水声通信系统中的频偏和信道估计算法。主要研究内容安排如下：1)为了估计小数频偏，首先研究了基于零子载波mllllSubcarfierS，NS)的MUSIC算法；接着给出了不需要任何额外辅助信息的O．M算法、Y-G算法、最小二乘(LeaStSquare，LS)算法和J．J．J算法。仿真结果表明：MUSIC算法不

4、受调制方式的影响，具有良好的稳定性，而其余四种算法的估计性能在不同程度上均受到调制方式的影响。2)为了估计整数频偏，首先讨论了基于导频辅助的Sch武m算法、Morelli算法和最大似然(Ma)【im啪Likelihood，ML)算法；最后研究了最小功率和(MinimumPowerSum，ⅧS)算法。仿真结果表明：此四种算法中，ML算法性能最优；在低信噪比时，ⅧS的性能最差，然而其性能随信噪比的增加而急剧提升，在信噪比达到一定值时，MPS的性能仅次于ML算法；在中高信噪比时，Sc慨dl算法性能最差，More

5、lli算法次之。当存在小数频偏残差时，各算法的性能均有不同程度的下降，但相对性能排序并无变化。3)为了准确地估计水声信道参数，首先给出了五种基于压缩感知(CompressedSeIlSing，CS)的信道估计算法：匹配追踪(MatchiIlgPurSuit'御)、正交匹配追踪(OnhogonalMatcllingPursuit，OMP)、梯度追踪(GradientPursuit，GP)、基于迭代收缩的平行协调下降(ParallelCoordinateDescent，PCD)算法以及选择子(D跗tzig．S

6、elector，DS)算法；最后提出了一种随机分布式导频放置结构。仿真结果表明：固定训练图样结构，压缩感知信道估计算法误码性能明显优于LS算法，误码性能由优到劣排序如下：DS>PCD>OMP≈GP>MP>LS；固定信道估计算法，我们提出的分布式随机导频放置结构优于均匀和连续放置方式。关键词：水声信道，正交频分复用，频偏估计，信道估计，稀疏性，压缩感知，选择子AbstractUndervvateraCouSticchaIlIld，withla路erelatiVedelayaIld拉曲Dopplersprea

7、d，haSbeenconsideredoneofmemostchallenging、virelesschannels．OIthogonal行equencydivisionmultipl幽g(oFDM)谢llbeoneofnlemost叫enti甜keytecllllolo百esinme如tureuIlderv嘣eracousticcommuIlicationsystemdlletolow—coInplexit)r舶quency．domaillequalizeratreceiverfo册edtocombat

8、11ightiIlle-dispersivemunipaⅡlchanIlels．However，itisVerysensitiVetoca玎ier舭quenCyo凰et(CFO)，CF0诵U弧eldaseeable硫e卜ca】晒erintemrenCe(ICI)iIl廿lecaseno肌alizedCFOislargerthaIlO．05，廿lisseverelydegradest11esystempe—’omance．Ina