水声LDPC-OFDM系统及水声时变信道仿真研究

摘要

随着海洋开发事业的飞速发展，水声通信成为现在人们研究的热点。水声信道具有多途干扰、多普勒扩展等特点，使得信号经历时间和频率选择性衰落，导致了严重的码间干扰和信号衰落，给水声通信带来了巨大的障碍。为了提高通信系统的传输速率，并降低水声信道多径干扰对水声通信造成的影响，人们开始将正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术应用于水声通信。OFDM技术是一种多载波调制方案，OFDM系统可以避免码间干扰(Inter Symbol Interference，ISI)并减小子载波间干扰(Inter Carrier Interference，ICI)，是一种实现高速无线数据通信的良好方法，是目前通信领域的主流技术。此外，为了保证系统的可靠传输，在OFDM系统中引入信道纠错编码。与传统的信道编码相比，低密度奇偶校验码(Low—Density Parity—Check Codes，LDPC)具有逼近Shannon限、错误平台低，且描述和实现简单等特性，成为纠错码领域研究的热点。 本文首先分析了水声信道的特点，指出其在水声通信中的重要位置，根据射线声学理论及水声信道的统计特性对其进行建模仿真。随后将LDPC码和OFDM系统结合起来，通过水声信道，重点研究LDPC码的性能。主要工作包括：对LDPC码不同校验矩阵的生成方式的性能进行仿真对比；分析码长对LDPC码性能的影响；进行不同映射方式下的性能比较；对LDPC码和卷积码在OFDM系统中的性能进行对比；分析整个LDPC—OFDM系统在不同信道中的性能差异。 仿真结果表明，本文中水声时变信道的建模方法可以模拟水下声信号的传输情况，正确反映水声信道的特性，对研究水下通信系统有重要指导意义；选择性能优异的LDPC码作为水声传输通信系统的信道编码方案是可行的，并在恶劣的水声信道环境下显示出良好的系统性能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章 绪论

1.1课题背景

1.2水声信道建模仿真的意义

1.3正交频分复用(OFDM)技术的发展

1.4 LDPC码的发展

1.5论文内容

第2章 水声时变信道的特点及建模仿真

2.1水声信道与无线电信道的比较

2.2水声信道的特点

2.2.1时变、空变的随机性

2.2.2多途效应

2.2.3多普勒扩展

2.3水声确定性信道的建模和仿真

2.3.1射线声学理论和确定性水声信道模型

2.3.2确定性水声信道仿真

2.3.3确定性水声信道仿真在VC平台上的实现

2.4水声时变信道建模和仿真

2.4.1水声时变信道的模型

2.4.2水声时变信道的时间相关性

2.4.3水声时变信道的产生流程

2.4.4具有不同多普勒功率谱的水声时变信道的仿真分析

2.5本章小结

第3章 正交频分复用(OFDM)技术

3.1 OFDM的基本原理

3.2 OFDM的基础技术

3.2.1 OFDM系统的调制

3.2.2 OFDM系统的保护间隔和循环前缀

3.2.3峰值平均功率比(PAR)

3.2.4系统同步

3.2.5信道估计

3.3本章小结

第4章 LDPC码的构造以及编译码方法

4.1 LDPC码的定义以及表示方法

4.1.1 LDPC码的定义以及校验矩阵表示方法

4.1.2 LDPC码的Tanner图表示方法

4.2非规则LDPC码

4.3 LDPC码校验矩阵的构造

4.3.1校验矩阵的随机构造法

4.3.2校验矩阵的结构化构造法—QC_LDPC码

4.4 LDPC码的编码方法

4.5 LDPC码的译码方法

4.5.1 LDPC译码算法简介

4.5.2硬判决译码算法

4.5.2和积译码算法原理

4.5.3概率域和积译码算法

4.5.4高斯白噪声信道下的译码

4.5.5多进制调制下的译码算法

4.6本章小结

第5章 水声LDPC-OFDM系统仿真以及性能分析

5.1 LDPC-OFDM系统仿真模型以及参数设置

5.1.1 LDPC-OFDM系统仿真模型

5.1.2 LDPC-OFDM系统参数设置

5.2 LDPC-OFDM系统仿真性能分析

5.2.1不同校验矩阵生成方式下的LDPC码性能分析

5.2.2不同映射方式下的LDPC-OFDM系统性能分析

5.2.3不同编码方案下的LDPC-OFDM系统性能比较

5.3本章小结

结论

参考文献

致谢