自适应OFDM水声通信技术研究

来源 :哈尔滨工程大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:jingliang3334
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随着科技的进步,海洋资源开发、海底石油勘探、环境监测、灾难预警等水声通信技术得以迅速发展起来。水声组网通信逐渐成为水声通信的一个重要发展方向。水声通信网络的设计目标是高吞吐量、低能量消耗。因此,为了满足水声通信网络在吞吐量和能量消耗方面的要求,水声链路自适应技术成为研究热点。正交频分复用(OFDM)拥有频谱利用率高、抗多径能力强等特点。将OFDM和自适应链路技术相结合能够充分发挥各自的技术优势。本文实现了在一定误码率下采用自适应调制编码(AMC)技术增大通信系统吞吐量的目标。本文中选择的信道编码方案为卷积编码。文中通过理论推导的方式研究了卷积码的性能,并且又通过MATLAB仿真的方式研究了卷积编码对水下OFDM通信性能的改善。本文考虑到自适应通信系统对时间尺度的要求,将多普勒因子建立成一段时间内的线性变量。信道系数在进行多普勒补偿(残留多普勒可忽略不计)的情况下可以在几十秒的量级上保持稳定,为自适应OFDM通信的实现提供保障。链路自适应技术是根据信道状况自适应地调整发射端的一些参数。本文针对已有和提出的信道评估准则进行仿真研究,确定本文所提出的准则是合理的、有效的。在信道状态信息(CSI)的获得方面,本文选择采用正交匹配追踪(OMP)算法来估计对信道贡献较大的路径,其利用较少的观测信息就可以还原时域信道,能够减少接收机设计复杂度和能量的浪费。其次,本文主要研究了链路自适应技术中的自适应调制编码(AMC)技术。根据信道状况恰当地选择每个子载波的调制编码方案(MCS)可以有效地改善OFDM系统的性能。文中研究了三种自适应编码调制方式切换算法,并且针对每一种切换算法分别进行了理论分析和仿真分析的研究。最后确定整体的通信框架,整个通信为闭环设计,为了减少反馈信息的数据量和增加其可靠性,本文引入了无线自适应通信中的SBLA(Simple Bits Loading Algorithm),此举大大地减小了反馈信息的数据量。最后进行水池实验验证了整个通信系统的可靠性,证明了自适应技术使得常规OFDM通信系统在频带利用率上有较大的提高。
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