基本信息

內容提要

本書以高速OFDM水聲通信技術為主綫，內容涉獵廣泛，概念原理闡述清楚，邏輯性強。從OFDM水聲通信各關鍵技術的原理闡述到OFDM水聲通信接收機的設計方法以及OFDM 水聲MODEM的研製；從單用戶的MIMO-OFDM到多用戶MIMO-OFDM水聲通信的設計應用；從OFDM的中繼傳輸到OFDM網絡編碼以及水聲測距與定位。通過學習本書可以加深對OFDM水聲通信相關原理及係統設計的理解。 本書可作為水聲通信相關專業本科高年級和研究生的教材或參考書，也可供相關專業工程技術人員學習和參考。

目錄

目 錄 第1章 引言 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 水聲的早期探索 1 1.1.2 水聲通信媒介 1 1.1.3 水下係統和網絡 2 1.2 水聲(UWA)信道的特點 2 1.2.1 聲速 2 1.2.2 傳播損失 4 1.2.3 時變多徑 6 1.2.4 聲傳播模型 7 1.2.5 環境噪聲和外部乾擾 8 1.3 通帶信道的輸入和輸齣關係 9 1.3.1 各徑自有多普勒擴展的綫性時變信道 9 1.3.2 具有共同多普勒擴展的綫性時變信道 10 1.3.3 綫性時不變信道 11 1.3.4 幅度和時延變化的綫性時變信道 11 1.3.5 依頻率衰減的綫性時變信道 11 1.4 水聲通信中的調製技術 12 1.4.1 跳頻 FSK 12 1.4.2 直接序列擴展頻譜 12 1.4.3 單載波調製 13 1.4.4 掃頻(S2C)載波調製 13 1.4.5 多載波調製 14 1.4.6 多輸入多輸齣技術 14 1.4.7 水聲通信的近期發展 15 1.5 本書的組織結構 15 第2章 OFDM基本知識 17 2.1 零後綴的OFDM 17 2.1.1 發射信號 17 2.1.2 接收機處理 19 2.2 循環前綴的OFDM 20 2.2.1 發射信號 20 2.2.2 接收機處理 21 2.3 OFDM相關的問題 21 2.3.1 ZP-OFDM與CP-OFDM 21 2.3.2 峰值平均功率比 22 2.3.3 功率譜和帶寬 22 2.3.4 子載波分配 22 2.3.5 總的數據速率 23 2.3.6 設計指南 23 2.4 離散傅裏葉變換的實現 23 2.5 OFDM的挑戰和補救方法 24 2.5.1 分集閤並和信道編碼的益處 25 2.6 MIMO-OFDM 27 2.7 文獻注記 29 第3章 多進製LDPC編碼的OFDM 30 3.1 OFDM的信道編碼 30 3.1.1 信道編碼 30 3.1.2 編碼調製 31 3.1.3 編碼的OFDM 32 3.2 多進製LDPC碼 33 3.2.1 多進製的規則循環碼 34 3.2.2 多進製非規則LDPC碼 35 3.3 編碼 36 3.4 譯碼 37 3.4.1 初始化 38 3.4.2 變量節點到校驗節點更新 39 3.4.3 校驗節點到變量節點更新 39 3.4.4 初始判決和譯碼輸齣 40 3.5 碼設計 41 3.5.1 規則循環碼的設計 41 3.5.2 非規則LDPC碼的設計 42 3.5.3 準循環的多進製LDPC碼 43 3.6 編碼的OFDM的仿真結果 45 3.7 文獻注記 47 第4章 PAPR控製 48 4.1 PAPR的比較 48 4.2 PAPR的減小 50 4.2.1 限幅 50 4.2.2 選擇性映射 51 4.2.3 載波峰值抑製 52 4.3 文獻注記 53 第5章 接收機綜述和預處理 54 5.1 OFDM接收機綜述 54 5.2 接收機預處理 55 5.2.1 接收機的預處理 55 5.2.2 數字實現 56 5.2.3 頻域過采樣 59 5.3 頻域的輸入/輸齣關係 59 5.3.1 單輸入單輸齣信道 59 5.3.2 單輸入多輸齣信道 61 5.3.3 多輸入多輸齣信道 61 5.3.4 信道矩陣結構 62 5.4 OFDM接收機的分類 62 5.4.1 ICI-忽略的接收機 63 5.4.2 ICI-感知的接收機 64 5.4.3 逐塊處理 65 5.4.4 塊間處理 65 5.4.5 討論 65 5.5 仿真信道的接收機性能界 65 5.5.1 仿真水聲信道 66 5.5.2 時變信道下的ICI影響 66 5.5.3 SISO信道的中斷性能 67 5.6 擴展到CP-OFDM 68 5.6.1 接收機預處理 68 5.6.2 頻域的輸入/輸齣關係 68 5.7 文獻注記 69 第6章 檢測，同步和多普勒擴展估計 70 6.1 基於互相關的方法 71 6.1.1 基於互相關的檢測 71 6.1.2 基於互相關的同步和多普勒擴展估計 74 6.2 CP-OFDM的檢測、同步和多普勒擴展的估計 76 6.2.1 具有自重復的CP-OFDM前導碼 76 6.2.2 基於自相關的檢測、同步和多普勒擴展估計 77 6.2.3 實現 78 6.3 一個ZP-OFDM塊的同步和多普勒擴展估計 79 6.3.1 基於空子載波的盲估計 80 6.3.2 導頻輔助的估計 80 6.3.3 基於判決輔助的估計 80 6.4 多普勒擴展估計的仿真結果 81 6.4.1 CP-OFDM的RMSE性能 81 6.4.2 ZP-OFDM的RMSE性能 82 6.4.3 CP-OFDM和ZP-OFDM的盲估計方法的比較 83 6.5 實用係統的設計實例 84 6.6 殘餘多普勒頻移估計 85 6.6.1 重采樣後的係統模型 85 6.6.2 殘餘多普勒頻移補償的影響 86 6.6.3 兩種殘餘多普勒頻移估計方法 88 6.6.4 仿真結果 88 6.7 文獻注記 90 第7章 信道和噪聲方差估計 91 7.1 ICI-忽略的信道估計問題描述 91 7.1.1 輸入/輸齣關係 91 7.1.2 基於字典的描述 92 7.2 ICI-忽略的稀疏信道感知 93 7.2.1 字典分辨率與信道稀疏性 94 7.2.2 稀疏因子 95 7.2.3 導頻數目與路徑數目 95 7.3 ICI-感知的稀疏信道感知 96 7.3.1 問題描述 96 7.3.2 ICI-感知的信道感知 97 7.3.3 導頻子載波的分布 98 7.3.4 數據符號的影響 98 7.4 稀疏恢復算法 99 7.4.1 匹配追蹤 99 7.4.2 ?1範數*小化 99 7.4.3 通過FFT實現矩陣矢量乘法 101 7.4.4 計算復雜度 102 7.5 擴展到多輸入信道 102 7.5.1 ICI-忽略的稀疏信道感知 102 7.5.2 ICI-感知的稀疏信道感知 103 7.6 噪聲方差估計 104 7.7 噪聲預白化 105 7.7.1 噪聲譜估計 105 7.7.2 頻域白化 106 7.8 文獻注記 106 第8章 數據檢測 107 8.1 ICI-忽略的OFDM係統的逐符號檢測 108 8.1.1 單輸入單輸齣信道 108 8.1.2 單輸入多輸齣信道 109 8.2 ICI-感知的OFDM係統中的塊數據檢測 110 8.2.1 MAP均衡 111 8.2.2 具有先驗信息的綫性MMSE均衡器 111 8.2.3 擴展到單輸入多輸齣信道 113 8.3 帶狀ICI的OFDM係統的數據檢測 114 8.3.1 BCJR算法及Log-MAP算法實現 114 8.3.2 因子圖算法和高斯消息傳遞 116 8.3.3 相關高斯消息的計算 117 8.3.4 擴展到SIMO信道 118 8.4 MIMO-OFDM的數據檢測 118 8.4.1 ICI-忽略的MIMO-OFDM 118 8.4.2 完全ICI的均衡 119 8.4.3 帶狀ICI均衡 119 8.5 MIMO-OFDM數據檢測中的MCMC檢測法 120 8.5.1 ICI-忽略的MIMO檢測的MCMC檢測法 121 8.5.2 帶狀ICI的 MIMO檢測的MCMC檢測法 121 8.6 文獻注記 122 第9章 逐塊處理的OFDM接收機 123 9.1 非迭代ICI-忽略的接收機 124 9.1.1 非迭代ICI-忽略的接收機結構 124 9.1.2 仿真結果：ICI-忽略的接收機 124 9.1.3 實驗結果：ICI-忽略的接收機 124 9.2 非迭代ICI-感知的接收機 127 9.2.1 非迭代ICI-感知的接收機結構 127 9.2.2 仿真結果：ICI-感知的接收機 127 9.2.3 實驗結果：ICI-感知的接收機 128 9.3 迭代接收機處理 129 9.3.1 迭代的ICI-忽略的接收機 129 9.3.2 迭代的ICI-感知的接收機 129 9.4 ICI-漸進的接收機 130 9.5 仿真結果：ICI-漸進的接收機 131 9.6 實驗結果：ICI-漸進的接收機 134 9.6.1 BLER性能 134 9.6.2 環境影響 135 9.6.3 漸進的接收機與迭代的ICI-感知的接收機對比 136 9.7 討論 136 9.8 文獻注記 137 第10章 分簇的信道自適應OFDM接收機 138 10.1 信道時變特性的說明 138 10.2 基於簇的塊間信道變化的建模 139 10.3 基於簇自適應的塊間接收機 140 10.3.1 簇偏移的估計和補償 141 10.3.2 基於簇自適應的稀疏信道估計 143 10.3.3 信道再估計和簇的變化更新 145 10.4 實驗結果：MACE10 146 10.4.1 總體的重采樣後的BLER性能 146 10.4.2 **重采樣後的BLER性能 148 10.5 實驗結果：SPACE08 149 10.6 討論 151 10.7 文獻注記 151 第11章 深海水平信道的OFDM通信 152 11.1 深海水平通信的係統模型 153 11.1.1 發射信號 153 11.1.2 成簇多徑信道的建模 153 11.1.3 接收信號 154 11.2 基於判決反饋的接收機設計 155 11.3 基於因子圖的聯閤IBI/ICI均衡 156 11.3.1 概率問題的提齣 156 11.3.2 基於因子圖的均衡 157 11.4 迭代的塊間接收機處理 158 11.5 仿真結果 160 11.6 AUTEC環境下的實驗結果 162 11.7 擴展到水下廣播網絡 164 11.7.1 水下廣播網絡 164 11.7.2 半仿真實驗結果：MACE10 165 11.8 文獻注記 167 第12章 參數化的外部乾擾抵消的OFDM接收機 168 12.1 乾擾的參數化 168 12.2 乾擾抵消的迭代OFDM接收機 169 12.2.1 初始化 171 12.2.2 乾擾檢測與估計 171 12.2.3 信道估計、