基于因子圖的水聲通信均衡算法研究.pdf

1、水聲通信涉及國防水聲學和民用海洋開發(fā)、利用諸多方面，受到各個國家的高度重視，水聲通信技術也是我國海洋事業(yè)中急待研究開發(fā)的重要項目之一。水聲通信信道具有強多途、大衰減、高噪聲和嚴帶限等特異性，如此復雜的水聲信道造成嚴重的碼間干擾(Inter Symbol Interference)和接收信號的低信噪比，降低了水聲通信的可靠性。因此，如何在低信噪比環(huán)境下有效對抗多徑干擾成為長距離，高速率水聲通信技術的難點。信道均衡算法中，基于最大后驗概率的

2、均衡算法(Maximum A Posteriori)是基于平均錯誤概率最小準則下的最佳算法，但是算法的高復雜度缺點制約了其在實際中的應用。人們致力于研究能獲得MAP算法的性能同時低復雜度的均衡技術。90年代出現(xiàn)的因子圖(Factor-Graph)在信號處理中的廣泛應用和研究為實現(xiàn)低復雜度高性能的均衡技術提供了可能。
　　本文主要研究了基于因子圖的均衡算法的基本原理，利用和積算法將均衡問題轉化為邊界問題，詳細描述了算法的消息傳遞方法

3、，并對算法性能進行了計算機仿真。針對算法對先驗信息中對信噪比估計準確度的要求，本文提出了一種基于FRFT的線性調頻信號的信噪比估計新方法，該算法準確度較高且不會受到通信系統(tǒng)中信號調制方式的限制，具有廣泛的適用性。為了進一步提高基于因子圖的均衡算法在低信噪比場景下的性能，本文在基本因子圖均衡算法的基礎上，提出了聯(lián)合LDPC因子圖的迭代均衡結構(LDPC-FG)。廈門大學實驗水池以及廈門淺海海域的實驗結果表明，該均衡算法能夠在較低信噪比環(huán)境

4、下，保證極淺海水聲通信系統(tǒng)的可靠性。
　　論文的主要研究工作如下:
　　1.根據線性調頻信號和高斯白噪聲在分數(shù)階傅立葉(Fractional FourierTransform)域表現(xiàn)出的不同特點，提出一種基于FRFT的線性調頻信號的信噪比估計新方法;
　　2.介紹了因子圖及和積算法。在Forney型因子圖(FFG)如何利用和積算法求解邊界問題，以及在因子圖中高斯消息傳遞的相關準則。
　　3.實現(xiàn)了基于因子圖的均衡

5、算法，利用和積算法將均衡問題轉化為邊界問題，利用因子圖中的高斯消息傳遞得到了發(fā)送序列的最小均方誤差的估計值，該算法性能接近MAP算法。
　　4.為了進一步提高基于因子圖的均衡算法在低信噪比的性能，我們提出聯(lián)合LDPC的迭代因子圖均衡算法(LDPC-FG)，給出了兩種不同的迭代均衡方案。
　　5.在實驗室水池和廈門港淺海海域對基于因子圖的均衡方法和迭代均衡算法進行了實驗。實驗表明，在低信噪比環(huán)境下，本文提出的聯(lián)合LDPC的迭代