单载波高速相干水声通信技术研究.pdf

《单载波高速相干水声通信技术研究》这篇论文探讨了在水声通信领域中，如何应对单输入单输出（SISO）和单输入多输出（SIMO）系统的挑战，特别是针对高速相干水声通信的技术开发。研究的核心在于时域判决反馈结合二阶数字锁相环路均衡技术的应用，这是解决水声信道复杂特性的重要手段。 水声信道的特性十分独特，它具有时变、空变以及多途扩展的特点，这些因素导致通信带宽受限，多途时延扩展可达几十甚至几百个码元，产生严重的码间干扰(ISI)。传统的时域判决反馈(DFE + PLL)结合二阶数字锁相环技术在这种环境下表现不佳，容易受到均衡器阶数和迭代步长初始值设定的影响，鲁棒性较差。 针对这一问题，文章提出了采用稀疏水声信道估计算法（DAMP）来估计信道，该算法复杂度较低，可以更有效地适应水声信道的稀疏特性。基于DAMP算法的结果，论文设计了判决反馈均衡器（DFE）的前馈和反馈阶数以及权系数初始值，这显著提升了均衡器的鲁棒性和收敛速度。 为了进一步增强系统的鲁棒性，论文还引入了空域分集接收技术，以应对水声信道的时变和空变衰落。这种方法可以在不降低通信数据率的情况下，提高系统性能。 论文中的判决反馈均衡器技术是一种非线性结构，包括一个前馈横向滤波器和一个反馈横向滤波器，其中反馈滤波器使用前到达符号的判决序列作为输入。这种结构能够通过反馈滤波器从当前估计值中去除前到达码元的干扰，特别适合复杂的水声信道环境。Stojanovic提出的内嵌数字锁相环的判决反馈均衡结构进一步增强了这一功能，如图1所示。 在实际应用中，论文采用了最速下降(LMS)算法来更新前馈滤波器的权重，以优化均衡器的性能。这一系列技术和方法的综合运用，使得在厦门港10公里距离、接收信噪比约为6dB的环境下，实现了4kbit/s通信数据的低误码率（小于2），传输的图片清晰。结合多通道处理，误码率可进一步降低到10的数量级以下，极大地提升了系统整体的鲁棒性。 这篇论文为高速水声通信提供了新的技术思路和解决方案，对于水声通信技术的理论研究和实际应用都具有重要的参考价值。其研究内容对通信技术领域的工程师和技术开发人员具有专业指导意义。