采用单载波迭代频域均衡的高速MIMO水声通信研究

The demand of underwater information transmissions for the oceanic researches and developments urges the investigation of high data rate underwater acoustic communications. However, the technologies that mitigate the intersymbol interference with low complexity are the bottleneck problems for the high data rate underwater acoustic communications. The single-carrier frequency-domain equalizations (SC-FDE) have drawn much research interesting in the bandwidth wireless communications as a nonel low complexity equalization technique that has the excellent performance of mitigating intersymbol interference in the severe multiplepath channels. In this project, the frequency domain equalizer structures that are suitable for the situations of the underwater acoustic channels and the adaptive parater estimations of the equalizers will be investigated to solve the key problems of the optimal structure and the parameter estimation of SC-FDE for the time-varying multipath underwater acoustic channels. The SC-FDE will be integrated into the multiple-input multiple-output (MIMO) systems with space-time layered coding. The scheme combined the iterative frequency domain equalizer, multiple-channel estimation with the order successive interference cancellation algorithm will be studied to solve the bottleneck problems of space-time receiver design and the space-time signal processing algorithms of the MIMO-LST systems with low complexity over the multipath underwater acoustic channels. The feasibilities that the SC-FDE can be the efficient equalization technique in the underwater acoustic channels and the low complexity implementation scheme of high rate-rate MIMO underwater acoustic communication systems with the SC-FDE will be exploited by the simulation analyses and the testing of the sea trials.

海洋研究与开发迫切需要高速率水声通信技术进行水下信息的传输，而低复杂度的抗码间干扰技术是高速率水声通信的瓶颈问题。单载波频域均衡（SC-FDE）是宽带无线通信系统中吸引大量研究的一种新兴的、低复杂度的、具有良好抗码间干扰性能的均衡技术。拟通过对适用于水声信道的均衡器结构及其自适应参数估计的研究，解决时变多径水声信道中SC-FDE的最佳结构与参数估计等关键问题。拟将SC-FDE应用于采用空时分层编码的多输入多输出系统（MIMO）中，通过对有序连续干扰抵消算法、多信道估计、频域均衡算法等关键技术及其联合算法的研究，解决多径信道中低复杂度的空时接收机结构与信号检测算法等关键问题。拟通过理论分析与海试验证，探讨SC-FDE作为水声信道中有效均衡技术的可行性，探讨基于SC-FDE的低复杂度的MIMO高速水声通信有效实现的方法和途径。

海洋研究与开发迫切需要高速率的水声通信技术，而低复杂度的抗码间干扰（ISI）技术是高速率水声通信的瓶颈问题。单载波频域均衡（SC-FDE）是宽带无线通信领域一种新兴的低复杂度的、具有良好抗ISI性能的均衡技术。.本项目对基于SC-TDE和空时分层信号处理的高速率水声通信方案进行研究，着重于研究联合迭代信号检测、频域信道估计与相位偏移校正的非线性频域均衡方案、基于SC-FDE的空时分层信号处理方案及其关键技术，借助于仿真与外场试验探讨水声信道中频域均衡方案的可行性和有效性。.本项目的重要的研究结果是：.1）提出联合迭代均衡与信道估计算法，实时选择最佳的信道频域响应估计；提出联合信道时频域估计与噪声估计算法，利用水声信道稀疏信道响应的特点, 确定信道响应与噪声估计的最佳区域，进行信道估计的去噪处理和噪声功率计算，有效消除频域均衡在高信噪比时的误码率平台；.2）提出了基于传播时延的排序连续干扰抵消算法，利用子信道间的传播时延差，实现了使得差错概率最小的最佳检测排序；利用信道估计确定排序，大大降低信号检测的计算复杂度。解决了基于SC-FDE的，低复杂度的空时分层信号处理的关键技术；.3）提出了基于分组判决反馈均衡器和低密度奇偶校验（LDPC）码的联合迭代均衡译码方案，以及码长与分组长度的联合设计，用LDPC来提高均衡的性能；.4）提出了联合定时、相位估计和分段相位补偿算法，有效消除了由于收发失配造成的常数和线性变化的相位偏差；.5）通过湖试、海试，获取了时变、多径水声信道中不同频率、数据率和距离的通信试验数据。. 本项目解决了SC-FDE研究的核心问题和关键技术，通过仿真和外场试验验证了SC-FDE可以成为水声通信系统中一种低复杂度的、有效的抗ISI技术；以及基于SC-FDE的MIMO-LST技术可以成为有效的高速率水声通信技术，实现了主要的研究目标。.本项目的研究为浅海信道中高数据率、低复杂度的水声通信研究探索一种新的思路和技术路线，其研究成果将会在高速水声通信系统中有广泛的应用前景。