多载波水声通信峰均比抑制技术研究

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1、：：分类号密级ＵＤＣ：编号：工学博士学位论文多载波水声通信峰均比抑制技术研究博士研究生：吴金秋指导教师：乔钢教授学科、专业：信息与通信工程哈尔滨工程大学２０１８年３月分类号：密级：UDC：编号：工学博士学位论文多载波水声通信峰均比抑制技术研究博士研究生：吴金秋指导教师：乔钢教授学位级别：工学博士学科、专业：信息与通信工程所在单位：水声工程学院论文提交日期：2018年01月论文答辩日期：2018年03月学位授予单位：哈尔滨工程大学ClassifiedIndex:U.D

2、.C:ADissertationfortheDegreeofD.EngResearchonPeak-to-AveragePowerRatioReatrianTechnologyofMulti-CarrierUnderwaterAcousticCommunicationSystemCandidate:WuJinqiuSupervisor:Prof.QiaoGangAcademicDegreeAppliedfor:DoctorofEngineeringSpecialty:InformationandCommu

3、nicationEngineeringDateofSubmission:Jan2018DateofOralExamination:Mar2018University:HarbinEngineeringUniversity摘要水声通信受水声带宽资源限制，因此，针对具有高频谱利用率的通信方式进行深入研究尤为重要。多载波调制技术具有与扩频或其他通信技术相比的较高的频谱利用率。其中，正交频分复用技术是多载波调制技术中的一种，其子载波间具有正交性，使得其频谱利用率更高，并且还有调制和解调实现简单的优点，在高速水声通

4、信中得到了广泛的应用。但由于正交频分复用技术是由多个子载波叠加而成，随着子载波数目的增加会产生较高的峰值平均功率比，简称峰均比，这种高峰均比需要水声通信的功率放大器具有更大的工作范围，同时也导致系统能量利用率的降低。尤其当信号的峰值功率超出功放的线性工作范围时，产生的削波会对系统的误码率性能造成影响。因此，研究降低正交频分复用水声通信系统峰均比的算法和其他具有较低峰均比的多载波技术，具有提高多载波水声通信系统能量利用率、促进多载波水声通信技术发展的意义。论文首先从多载波技术中的典型技术-正交频分复用技术入

5、手，分别研究了几种峰均比抑制算法，之后针对无线电第五代通信技术中的一种新兴多载波技术展开研究，从其峰均比特性入手，并将其应用范畴扩展到水声领域中。论文的主要工作有以下几方面：1．研究了信号预畸变类降低峰均比技术中的限幅技术。研究了基于限幅技术的改进算法-压缩感知重构限幅噪声法在正交频分复用水声通信系统中的应用，并与传统限幅法及同属该类技术的另一种技术-压扩变换技术做比较分析。之后，为进一步提高系统性能，将该算法与压缩感知信道估计算法相结合，提出重叠压缩感知法，并通过仿真和实验进行验证。2．研究了信号预畸变

6、类降低峰均比技术中的压扩变换技术。通过研究无线电中常用的压扩变换技术及其在水声通信系统中的应用，将压扩变换参数改进，提出将压扩变换算法的参数进行改进并研究改进算法在正交频分复用水声通信中的应用效果，与无线电中的压扩变换法做比较。之后，针对压扩变换过程产生的量化噪声导致系统误码率高的问题，研究了改进压扩变换法，通过改进接收端结构降低压扩变换法产生的量化噪声对系统的影响，提高压扩变换法的性能并通过仿真和实验进行了验证。3．分析研究了概率类降低峰均比技术中的选择性映射技术。首先分析研究了SLM算法采用不同相位序

7、列数目时的正交频分复用系统峰均比，将传统选择性映射算法与限幅法结合，研究结合算法降低峰均比的性能。针对选择性映射算法选择相位因子的过程复杂问题，提出了一种改进相位因子选择过程的选择性映射算法，并将改进算法与限幅法结合，进一步优化选择性映射技术降低峰均比性能。通过对传统选择性映射算法、改进选择性映射算法与限幅法结合的性能比较分析，验证了改进算法性能。4．研究了概率类降低峰均比技术中的部分传输序列算法。首先，研究分析了不同分割子块数目和不同分割方式下的部分传输序列算法降低正交频分复用系统峰均比能力。针对部分传

8、输序列算法相位因子选择过程复杂，计算量大及传输边带信息等缺点，提出改进部分传输序列算法，首先研究了基于m序列的部分传输序列算法，从性能和复杂度等方面分析其与传统部分传输序列算法的区别。之后，针对m序列可供选择序列数目少的缺点，提出了基于混沌序列的部分传输序列改进算法，这种方法充分利用了混沌序列的特点，具有更多可选相位因子，并将传统、基于m序列和基于混沌序列的部分传输序列算法进行比较，通过仿真验证所提算法的性能。5．对新兴多载波