水声通信技术是目前水下信息无线传输的重要手段，而迭代均衡与译码技术是保证稳健水声通信的核心关键技术。本书系统地论述了水声通信中的迭代均衡与译码技术的基本理论、高级算法以及相应的仿真与试验验证结果。全书内容包括水声单入单出时域迭代接收机、基于超奈奎斯特（Nyquist）和无速率编码技术的高效水声单载波迭代接收机、水声单入多出通信迭代空时频处理、基于信道估计的水声单载波多入多出通信时域迭代均衡、基于直接自适应的水声单载波多入多出通信时域迭代均衡以及水声多入多出正交频分复用通信系统迭代接收机等技术。
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丛书前言
自序
第1章 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 水声通信技术应用现状 2
1.2.1 成熟的商用水下通信产品性能概况 2
1.2.2 国外发展现状 3
1.2.3 国内发展现状 9
1.3 水声通信技术国内外发展现状 10
1.3.1 单载波水声通信技术国内外发展现状 10
1.3.2 多载波技术国内外发展现状 17
1.3.3 超Nyquist技术及无速率编码技术国内外研究现状分析 19
1.4 水声通信面临的主要困难 22
参考文献 22
第2章 水声单入单出时域迭代接收机技术 30
2.1 引言 30
2.2 Turbo均衡的基本原理 30
2.2.1 Turbo码与Turbo思想 30
2.2.2 Turbo均衡与Turbo译码 31
2.2.3 基于MAP检测算法的Turbo均衡算法 33
2.3 迭代接收机的发射与接收信号模型 34
2.4 SISO线性均衡器 36
2.4.1 时变的线性均衡器 36
2.4.2 时不变的线性均衡器 38
2.4.3 迭代变的线性均衡器 38
2.5 软反馈判决反馈均衡器 39
2.5.1 基于MMSE准则的判决反馈均衡算法 39
2.5.2 时变软反馈判决反馈均衡器 41
2.6 软输入迭代自适应水声信道估计技术 45
2.6.1 常规RLS信道估计器 45
2.6.2 软输入的卡尔曼信道估计器 47
2.6.3 软输入的加权RLS信道估计器 50
2.6.4 软输入l0-范数的加权RLS稀疏信道估计器 51
2.7 迭代信道估计与均衡性能仿真分析 54
2.7.1 仿真参数说明 54
2.7.2 迭代线性和判决反馈均衡器性能分析 55
2.7.3 稀疏水声信道下的性能仿真分析 64
2.8 试验数据处理分析 67
2.8.1 试验环境及设备介绍 67
2.8.2 发射信号数据结构 67
2.8.3 信道特性分析 68
2.8.4 迭代线性均衡器性能分析 70
2.8.5 迭代判决反馈均衡器性能分析 76
参考文献 77
第3章 基于超Nyquist和无速率编码技术的高效水声单载波迭代接收机技术 80
3.1 引言 80
3.2 基于超Nyquist和无速率编码技术的单载波通信系统 80
3.2.1 发射机结构 81
3.2.2 迭代接收机结构 82
3.2.3 仿真与试验数据分析 85
3.3 近程水声毫米波通信技术 89
3.3.1 高频高速水声通信现状 89
3.3.2 Rate 1预编码发射机模型 90
3.3.3 Rate 1预编码迭代接收机模型 91
3.3.4 仿真性能分析 92
3.3.5 试验数据处理及分析 97
参考文献 100
第4章 水声SIMO通信迭代空时频处理技术 102
4.1 引言 102
4.2 发射系统模型 102
4.3 接收系统模型 104
4.3.1 基于自适应锁相环技术的窄带空时处理接收机 104
4.3.2 基于信道估计的宽带多普勒补偿线性均衡接收机 108
4.3.3 基于自适应宽带多普勒补偿技术的空时处理接收机 111
4.3.4 基于信道估计的宽带多普勒补偿线性迭代均衡接收机 113
4.3.5 基于信道估计的宽带多普勒补偿线性迭代空时处理接收机 118
4.4 试验数据处理及分析 121
4.4.1 分布式接收基阵试验简介 121
4.4.2 基于自适应锁相环技术的窄带空时接收机性能分析 122
4.4.3 基于自适应宽带多普勒补偿技术的有效空时接收机性能分析 124
4.5 线阵试验数据处理 129
4.5.1 试验简介 129
4.5.2 基于自适应宽带多普勒补偿的接收机性能分析 130
4.5.3 基于自适应宽带多普勒补偿的线性迭代均衡接收机性能分析 134
参考文献 136
第5章 基于信道估计的水声单载波MIMO通信时域迭代均衡技术 139
5.1 引言 139
5.2 MIMO系统原理 140
5.2.1 MIMO系统的结构 141
5.2.2 MIMO系统信道容量 143
5.3 典型水声MIMO通信系统信道容量分析 145
5.3.1 信道容量仿真分析 145
5.3.2 水声MIMO系统通信距离估算 147
5.4 水声MIMO系统信道估计技术 150
5.4.1 块基的MIMO信道估计 150
5.4.2 自适应MIMO信道估计 151
5.5 软判决驱动的稀疏信道估计与Turbo均衡 156
5.5.1 基于信道估计的软判决Turbo均衡 157
5.5.2 MIMO信道估计器的复杂度对比 161
5.5.3 试验结果 163
5.6 基于软判决反馈的水声MIMO迭代均衡技术 178
5.6.1 干扰抵消技术基本原理 179
5.6.2 软反馈均衡器基本原理 180
5.6.3 基于软干扰抵消的MIMO软判决反馈均衡器技术 182
5.6.4 MIMO迭代信道估计与均衡技术 183
5.6.5 软判决反馈水声MIMO通信系统性能仿真分析 187
5.6.6 试验数据处理 211
参考文献 212
第6章 基于直接自适应的水声单载波MIMO通信时域迭代均衡技术 217
6.1 引言 217
6.2 稀疏快速自优化LMS算法 218
6.2.1 算法基本原理 218
6.2.2 仿真结果分析 230
6.3 基于直接自适应Turbo均衡技术的水声MIMO通信技术 234
6.3.1 水声通信中的Turbo均衡技术 234
6.3.2 单载波MIMO水声通信系统模型 234
6.3.3 MIMO系统中的自适应均衡结构 236
6.3.4 DA-TEQ仿真分析 240
6.4 试验数据处理及分析 259
6.4.1 试验布放图 259
6.4.2 发射数据帧结构 260
6.4.3 试验数据处理及分析 261
参考文献 267
第7章 水声MIMO-OFDM通信系统迭代接收机技术 269
7.1 引言 269
7.2 MIMO-OFDM系统发射与接收端基本模型 269
7.3 MIMO-OFDM系统信号检测技术 270
7.3.1 线性检测器 271
7.3.2 非线性检测器 273
7.4 MIMO-OFDM系统迭代接收机技术 275
7.4.1 MIMO-OFDM迭代接收机模型 275
7.4.2 MIMO-OFDM迭代检测技术 276
7.5 自适应MIMO信道估计技术 276
7.5.1 自适应信道估计算法 277
7.5.2 自适应稀疏信道估计算法 288
7.5.3 自适应MIMO信道估计算法性能仿真分析 291
7.6 水声MIMO-OFDM通信系统性能仿真分析 297
7.6.1 基本仿真参数说明 297
7.6.2 编码系统下的检测算法性能仿真分析 298
7.6.3 联合信道估计与检测性能仿真分析 310
7.7 水声MIMO-OFDM通信系统性能试验分析 318
7.7.1 试验环境及数据帧结构描述 318
7.7.2 试验数据处理分析 319
参考文献 327
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