擴展譜通信GLRT-聯(lián)合的信道估計、均衡和符號檢測.pdf

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?，但采用隨機擴展的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