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文檔簡介
1、本文瞄準不確實信道下的有效、可靠通信,以信號處理、信息理論和傳播物理為支柱,在廣義似然比檢驗(GeneralizedLikelihoodRatioTest,GLRT)框架下,進行聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測,以設(shè)計擴展譜碼分多址(CodeDivisionMultipleAddress,CDMA)水下空時陣通信系統(tǒng)。
擴展譜調(diào)制,在發(fā)射端,將待傳輸?shù)男畔⒂门c所傳輸?shù)男畔⑾嗒毩⒌膫坞S機碼擴展成為寬帶信號,即使信號所占用的帶寬遠遠
2、超過所傳信息的必需帶寬;在接收端,使用完全相同的碼進行同步相關(guān)/匹配接收以解擴,進而恢復(fù)所傳送的信息。固有冗余偽隨機碼的引入不僅使發(fā)射信號為大時間帶寬乘積信號,而且還讓發(fā)射信號呈現(xiàn)類噪聲性,以至于擴展譜通信具有抗干擾、低截獲、高隱蔽等特性。在多用戶通信中,還可在每一發(fā)送信號中疊加不同的偽隨機碼來區(qū)分彼此,形成CDMA技術(shù)。
擴展譜調(diào)制在實現(xiàn)形式上主要分為直接序列擴展譜和跳頻擴展譜兩種。直接序列擴展譜利用偽隨機碼調(diào)制相移鍵控(P
3、haseShiftKeying,PSK)信號進行譜的擴展;跳頻擴展譜是在一個發(fā)射信號間隔內(nèi),按照偽隨機碼在一組預(yù)先規(guī)定的頻隙上隨機選擇一個或數(shù)個頻隙。與無擴展調(diào)制方式相比,擴展譜調(diào)制是以寬帶譜為代價來提高系統(tǒng)的可靠性的,利用CDMA技術(shù),盡管相對于單用戶擴展譜通信而言,譜有效性/每碼片的總?cè)萘康玫搅颂岣撸捎秒S機擴展的CDMA技術(shù)相對于確定性擴展的CDMA技術(shù)/無擴展多用戶時的譜有效性仍存在損失。
水聲通信中,我們面臨的海洋
4、波導(dǎo)環(huán)境,特別是淺海波導(dǎo)環(huán)境,由于其邊界及介質(zhì)起伏效應(yīng),造成時延和多普勒擴展及其變化嚴重,致使經(jīng)海洋介質(zhì)傳播的聲信號呈現(xiàn)出時間和頻率選擇性衰落。其次,海洋信道還存在多用戶干擾、有意干擾及帶寬嚴重受限等問題。因此,要想實現(xiàn)遠距離且有效可靠的水下通信必須采用空時陣通信。
時域模糊度函數(shù)在大時間帶寬乘積波形下低旁瓣,且波形“越亂越好”,時間上波形頻率無序?qū)で髸r延-多普勒集中。因此,本文在調(diào)制器端施加偽隨機碼以發(fā)射信號,解調(diào)器端利用同
5、步偽隨機碼解調(diào)接收信號。
利用空時對偶性,空域模糊度函數(shù)在大空間帶寬乘積陣形下低旁瓣,且陣形“越亂越好”,空間上陣幾何取向無序?qū)で箨図憫?yīng)向量集中。因此,本文收發(fā)端均采用“偽隨機”雙螺旋線陣(DoubleSpiralLineArray,DSLA)來作收發(fā)波束形成,以實現(xiàn)有效接收和有效照射。
借助于信號的幾何表征和信號空間分析,在發(fā)射信號先驗等可能情況下,最小差錯概率準則導(dǎo)出的白高斯信道下的最佳符號檢測器為最大似然檢測器
6、或最小距離檢測器,相應(yīng)的接收機為相關(guān)接收機及其等效的匹配濾波器。實際水聲通信中,反映信道傳播變化的測量模型中會存在未知參數(shù)如信道,因此,若采用先對未知參數(shù)作估計,然后選擇最有可能的假設(shè),則構(gòu)成GLRT檢測器,其表現(xiàn)為:聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測。為了跟蹤信道變化,應(yīng)采用自適應(yīng)均衡/濾波,如基于遞歸最小二乘(RecursiveLeastSquare,RLS)的均衡/濾波。先驗信息與數(shù)據(jù)信息具有相加性,在基于數(shù)據(jù)信息的基礎(chǔ)上,根據(jù)信道的
7、空時演化特性構(gòu)建狀態(tài)-空間模型,然后在GLRT框架下,利用序貫貝葉斯濾波——卡爾曼/質(zhì)點濾波將先驗信息規(guī)則化地嵌入到算法設(shè)計中,通過反饋,改善迭代過程的收斂,形成寬容性處理方法。
為了設(shè)計低復(fù)雜度擴展譜CDMA序貫GLRT空時陣通信系統(tǒng),本文首先著重對空時匹配濾波/時反技術(shù)進行了研究,提出了循環(huán)平穩(wěn)時反技術(shù)、時反-正交空時塊編碼技術(shù)和時反波束形成技術(shù)。鑒于被動時反是時+空處理,本文又提出采用空時聯(lián)合的陣處理方法——空-時最小均
8、方誤差(MinimumMeanSquareError,MMSE)來進一步提高通信系統(tǒng)的可靠性。然后,本文將時反和空-時MMSE分別與卡爾曼/質(zhì)點濾波相結(jié)合設(shè)計了低復(fù)雜度的單載波/多載波擴展譜CDMA水下空時陣通信系統(tǒng)。本文的研究內(nèi)容按三個部分展開。第一部分:水聲通信源-信道和空-時四維陣擴展譜GLRT;第二部分:單載波擴展譜通信GLRT;第三部分:多載波擴展譜通信GLRT。在第二三部分又有層次地對兩個子內(nèi)容進行研究:(1)時反擴展譜通信
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