OFDM水声通信系统中信道估计方法研究

《OFDM水声通信系统中信道估计方法研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号：TN919.1学校代码：10699密级：非涉密学号：2011100307西北工业大学博士学位论文（学位研究生）题目：OFDM水声通信系统中信道估计方法研究作者：师小琳学科专业：水声工程指导教师：杨益新教授西北工业大学航海学院二零一七年三月NorthwesternPolytechnicalUniversityResearchonMethodsofChannelEstimationforOFDMUnderwaterAcousticCommunicationSystemsAdissertationsubmittedinpartialfulfillment

2、oftherequirementsforthedegreeofdoctorofphilosophy(UnderwaterAcousticEngineering)byShiXiaolinSupervisor:Prof.YangYixinMarch,2017摘要摘要信道估计是水声通信系统中的关键环节，其性能直接影响着整个通信系统的通信质量。正交频分复用（OFDM）被视为解决高速水声通信的重要技术。本文针对OFDM水声通信系统中的信道估计问题开展了较为深入的理论和算法研究，提出了用于时变水声信道和快时变水声信道条件下的信道估计方法，论文的主要研究工作包括：1.研

3、究了水声信道的多径效应、多普勒效应和稀疏性等物理特性及水声信道的数学模型，并对数学模型进行了仿真验证。分析和对比了水声信道与无线信道的典型参数。在此基础上，建立了OFDM水声通信系统模型，提出了OFDM水声通信系统的参数选择方案，并分析了水声信道对OFDM通信系统的影响。2．研究了基于门限判决的时变信道估计方法。首先，介绍了时域LS、频域LS、MMSE、ML等常用信道估计方法；结合仿真结果指出了这些方法的优缺点。研究了用于稀疏信道估计的结构LS方法，推导出该方法对应的克拉美-罗下界和均方误差（MSE）表达式，为改进稀疏信道下LS类方法提供了理论依据。在此基

4、础上，提出了两种改进的结构LS方法：最小错误概率的门限判决方法和统一门限判决方法。这两种方法可分别采用不同的门限对信道初始估计结果进行判别，再利用结构LS方法对筛选出的非零信道抽头进行精确估计。仿真结果表明：提出的两种改进方法性能比较接近，在估计性能和运行时间上均优于现有方法。3.研究了基于基追踪去噪（BPDN）的时变信道估计方法。首先，分析了压缩感知理论、基于压缩感知的信道估计原理和基于基追踪去噪的SpaRSA方法。在此基础上，提出了改进正规化参数的SpaRSA方法和基于Krylov子空间的SpaRSA方法。通过在正规化参数中引入噪声影响使得改进正规化参

5、数的SpaRSA方法能够更有效地反映信道中噪声的变化，提高了原有SpaRSA方法的估计性能。基于Krylov子空间的SpaRSA方法利用Krylov子空间映射对观测数据等进行降维处理，克服了原有SpaRSA方法运算量较大的问题，提高了计算效率和估计精度。仿真结果表明：两种改进方法在估计性能上优于现有方法；在运行时间上，近似或优于现有方法。4.研究了快时变水声信道条件下基于自适应原理的信道估计方法。首先，分析了经典的递归最小二乘（RLS）信道估计方法。在此基础上，结合水声信道的稀疏特性，提出了三种改进的自适应信道估计方法：基于门限判决的RLS方I西北工业大学

6、博士学位论文法、基于变遗忘因子的RLS方法及基于最小二乘和变遗忘因子的自适应估计方法。基于门限判决的RLS方法结合门限判决和RLS方法的优点，解决了快时变水声信道抽头多、变化快的复杂估计问题，提高了原有RLS方法的估计性能。基于变遗忘因子的RLS方法将原方法中的固定遗忘因子修正成为随估计误差变化的变遗忘因子，从而改善了原有方法的时变跟踪性能。基于最小二乘和变遗忘因子的自适应估计方法排除了原有RLS方法中自相关矩阵逆矩阵的计算隐患，进一步提高了原有方法的收敛速度和估计精度。仿真结果表明：三种改进方法在收敛性能和估计性能上优于同类方法；在运行时间上，近似或明显

7、优于同类方法。关键词：OFDM，水声通信系统，稀疏信道估计，结构LS，门限判决，基追踪去噪，Krylov子空间，自适应信道估计，变遗忘因子IIAbstractAbstractChannelestimationisakeycomponentinunderwateracousticcommunicationsystem.Itsperformancedirectlyaffectsthecommunicationqualityofthewholecommunicationsystem.Orthogonalfrequencydivisionmultiplexing(

8、OFDM)hasbeenregardedasanimportant