高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研究

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1、：：分类号密级ＵＤＣ：编号：工学硕士学位论文高速水声ＭＩＭＯ通信中的迭代信道估计与均衡技术研究硕士研究生：黄福朋指导教师：张友文副教授学科、专业：水声工程论文主审人：兰华林副教授哈尔滨工程大学２０１８年６月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研究硕士研究生：黄福朋指导教师：张友文副教授学科、专业：水声工程论文主审人：兰华林副教授哈尔滨工程大学2018年6月分类号：密级：UDC：编号：工学硕士学位论文高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研

2、究硕士研究生：黄福朋指导教师：张友文副教授学位级别：工学硕士学科、专业：水声工程所在单位：水声工程学院论文提交日期：2018年06月03日论文答辩日期：2018年06月05日学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D.C:ADissertationfortheDegreeofM.EngIterativeChannelEstimationandEqualizationforHigh-RateUnderwaterAcousticMIMOCommunicationsCandidate:HuangFupengSuperviso

3、r:A/Prof.ZhangYouwenAcademicDegreeAppliedfor:MasterofEngineeringEngineeringField:UnderwaterAcousticEngineeringDateofSubmission:June,3,2018DateofOralExamination:June,5,2018University:HarbinEngineeringUniversity√高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研究摘要基于水声通信技术的可靠稳健的水下信息传输技术在现代海洋开发中占据着极为重要

4、的位置，而有限频带资源及严重的信道多途扩展是制约高速水声通信技术发展的主要障碍。采用MIMO技术可以在有限带宽条件下极大地提高通信系统的通信速率，而采用迭代均衡技术则可以有效地抑制信道的多途扩展。针对可靠高速水声通信技术的应用需求，本文开展了基于迭代信道估计与均衡技术的水声高速MIMO通信技术的研究。首先，研究了MIMO通信系统的基本框架，针对高速水声通信的应用需求，论文开展了如下四个方面的理论研究：（1）MIMO通信系统信道容量分析；（2）在信道已知条件下，针对基于MMSE准则的常规DFE迭代均衡算法中存在严重误差传递的问题，采用软信息反馈

5、代替硬判决结果的方式，改善算法性能；（3）采用软干扰消除技术解决水声MIMO通信中不同发射信号之间的干扰问题，并与Turbo均衡算法相结合实现SIC-SDFE迭代均衡算法；（4）开展了基于迭代信道估计与均衡技术的MIMO通信技术的研究。其次，基于以上理论研究的成果，开展了大量的仿真验证工作，具体研究内容如下：（1）根据60kbps/s的目标通信速率的应用需求，基于现有8-16kHz水声换能器的性能条件，仿真分析了不同配置条件下的MIMO通信系统的信道容量，研究结果表明：1）、当发射声源级为180dB时，4发射4接收的MIMO系统，在接收信噪比

6、5dB的条件下，可达到60kbps/s的目标通信速率；2）、当发射声源级为190dB时，在60kbps/s的目标通信速率条件下，16发射32接收的MIMO通信系统的最大通信距离可超过9km。（2）在随机已知信道条件下对SIC-SDFE算法的仿真，结果表明在采用16QAM的高阶映射下，8发射8接收的MIMO系统在信噪比为13dB时误码率可降为0。（3）在未知随机信道条件下，基于迭代信道估计的SIC-SDFE算法在性能上略差于已知信道条件下，系统性能损失在1dB之内。（4）采用实际测量的松花湖声速剖面产生MIMO水声信道，在水声信道条件下对2发射

7、2接收的MIMO系统进行仿真，结果表明，当迭代后误码率可降为0时，采用BPSK映射所需信噪比为7dB，QPSK映射所需信噪比为9.5dB，8PSK映射所需信噪比为14.5dB。关键词：MIMO技术；Turbo均衡；水声通信；迭代信道估计与均衡高速水声MIMO通信中的迭代信道估计与均衡技术研究ABSTRACTThereliableandrobustunderwaterinformationtransmissiontechnologybasedontheunderwateracousticcommunicationoccupiesanimport

8、antpositiononmodernmarineexploration.Thelimitedbandwidthresourcesandseverechannelm