复杂时变水声信道中的广义频分复用通信技术研究

The continuous exploration of ocean exploration urges the development of underwater acoustic communication and network technology. Based on the research foundation of our group in the last two decades, we are about to propose a novel underwater acoustic communication method of GFDM(Generalized Frequency Division Multiplexing) , as a unified framework of the current underwater acoustic communication methods, such as OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing), FMT(Filtered Multi-Tone) and SC-FDE(Single Carrier with Frequency Domain Equalization). Specifically, a multi-symbol multi-carrier modulation based on time-frequency cyclic shifted filter, sparse Bayes GFDM channel estimation, GFDM time-varying channel equalization based on model-DFT(Discrete Fourier Transform), and symbol detection based on iterative interference cancellation will be studied. These methods will be tested and improved through ocean channel database simulation, pool and lake test. The study of this project is expected to realize the flexible communication parameter setting adapted to channel scenario and decrease the out of band emission. The results is promising to provide reference for the development of underwater acoustic communication and network technology.

随着海洋探测的不断深入发展，我国对水声通信和网络技术的需求极为迫切。本项目依据团队近二十年对水声通信的持续研究，在正交频分复用（OFDM）、滤波多音调制（FMT）与单载波频域均衡（SC-FDE）等现有技术的统一框架下，提出广义频分复用（GFDM）水声通信新方法。拟开展基于时频域循环移位滤波器的多符号多载波联合调制、稀疏贝叶斯GFDM信道估计、基于模型化傅里叶变换（DFT）的GFDM时变信道均衡、迭代干扰抵消的符号检测等关键技术的研究，并通过海洋信道数据库仿真、水池和湖海实验验证和完善所提方法。本项目的研究可实现信道适配的通信参数灵活配置，降低通信信号带外能量泄露。本项目的研究成果可望对我国水声通信和网络技术的发展具有一定的参考意义和应用价值。

随着海洋探测的不断深入发展，我国对水声通信和网络技术的需求极为迫切。本项目依据团队近二十年对水声通信的持续研究，在正交频分复用（OFDM）、滤波多音调制（FMT）与单载波频域均衡（SC-FDE）等现有技术的统一框架下，开展了基于广义频分复用的水声通信相关技术研究。其主要研究内容与重要研究成果如下：.研究了水声信道下的广义频分复用通信信道均衡和迭代干扰消除的符号检测，提出了基于变换域的符号矢量去耦检测方法，实现逐向量均衡和干扰抵消，极大的降低了均衡算法的复杂度；结合LMS初始信道估计、基于AR模型的信道子空间分解和特征向量跟踪，提取项目组前期的实测信号中的信道，扩充了测试信道数据库；研究了广义频分复用水声通信的训练序列插入设计，提出采用频移CHU序列等间隔索引的导频矢量，组成对角矩阵，实现了基于基扩展模型的基函数系数估计；研究了时变水声信道下的多普勒补偿方法，提出了双选水声信道中基于基扩展模型的串行均衡技术，采用BELL多普勒谱和指数衰减功率延迟线的多径信道进行了验证。研究了水声自适应调制编码技术，通过实际信道信息建立的自适应调制编码数据库，采用SPCA技术对数据库处理得到由降维后的稀疏主成分构成的低维特征空间，完成对关键特征的提取，并通过设计的自适应调制编码分类器进行仿真分析，发现经过SPCA处理后的数据集能够以1.8%的分类精确度损失为代价，降低16.7%的信道估计复杂度，以及50%的分类过程计算量。.本项目的研究成果将为水声通信均衡技术提供较为一定的理论指导和参考价值。