基本信息

内容提要

本书以高速OFDM水声通信技术为主线，内容涉猎广泛，概念原理阐述清楚，逻辑性强。从OFDM水声通信各关键技术的原理阐述到OFDM水声通信接收机的设计方法以及OFDM 水声MODEM的研制；从单用户的MIMO-OFDM到多用户MIMO-OFDM水声通信的设计应用；从OFDM的中继传输到OFDM网络编码以及水声测距与定位。通过学习本书可以加深对OFDM水声通信相关原理及系统设计的理解。 本书可作为水声通信相关专业本科高年级和研究生的教材或参考书，也可供相关专业工程技术人员学习和参考。

目录

目 录 第1章 引言 1 1.1 研究背景 1 1.1.1 水声的早期探索 1 1.1.2 水声通信媒介 1 1.1.3 水下系统和网络 2 1.2 水声(UWA)信道的特点 2 1.2.1 声速 2 1.2.2 传播损失 4 1.2.3 时变多径 6 1.2.4 声传播模型 7 1.2.5 环境噪声和外部干扰 8 1.3 通带信道的输入和输出关系 9 1.3.1 各径自有多普勒扩展的线性时变信道 9 1.3.2 具有共同多普勒扩展的线性时变信道 10 1.3.3 线性时不变信道 11 1.3.4 幅度和时延变化的线性时变信道 11 1.3.5 依频率衰减的线性时变信道 11 1.4 水声通信中的调制技术 12 1.4.1 跳频 FSK 12 1.4.2 直接序列扩展频谱 12 1.4.3 单载波调制 13 1.4.4 扫频(S2C)载波调制 13 1.4.5 多载波调制 14 1.4.6 多输入多输出技术 14 1.4.7 水声通信的近期发展 15 1.5 本书的组织结构 15 第2章 OFDM基本知识 17 2.1 零后缀的OFDM 17 2.1.1 发射信号 17 2.1.2 接收机处理 19 2.2 循环前缀的OFDM 20 2.2.1 发射信号 20 2.2.2 接收机处理 21 2.3 OFDM相关的问题 21 2.3.1 ZP-OFDM与CP-OFDM 21 2.3.2 峰值平均功率比 22 2.3.3 功率谱和带宽 22 2.3.4 子载波分配 22 2.3.5 总的数据速率 23 2.3.6 设计指南 23 2.4 离散傅里叶变换的实现 23 2.5 OFDM的挑战和补救方法 24 2.5.1 分集合并和信道编码的益处 25 2.6 MIMO-OFDM 27 2.7 文献注记 29 第3章 多进制LDPC编码的OFDM 30 3.1 OFDM的信道编码 30 3.1.1 信道编码 30 3.1.2 编码调制 31 3.1.3 编码的OFDM 32 3.2 多进制LDPC码 33 3.2.1 多进制的规则循环码 34 3.2.2 多进制非规则LDPC码 35 3.3 编码 36 3.4 译码 37 3.4.1 初始化 38 3.4.2 变量节点到校验节点更新 39 3.4.3 校验节点到变量节点更新 39 3.4.4 初始判决和译码输出 40 3.5 码设计 41 3.5.1 规则循环码的设计 41 3.5.2 非规则LDPC码的设计 42 3.5.3 准循环的多进制LDPC码 43 3.6 编码的OFDM的仿真结果 45 3.7 文献注记 47 第4章 PAPR控制 48 4.1 PAPR的比较 48 4.2 PAPR的减小 50 4.2.1 限幅 50 4.2.2 选择性映射 51 4.2.3 载波峰值抑制 52 4.3 文献注记 53 第5章 接收机综述和预处理 54 5.1 OFDM接收机综述 54 5.2 接收机预处理 55 5.2.1 接收机的预处理 55 5.2.2 数字实现 56 5.2.3 频域过采样 59 5.3 频域的输入/输出关系 59 5.3.1 单输入单输出信道 59 5.3.2 单输入多输出信道 61 5.3.3 多输入多输出信道 61 5.3.4 信道矩阵结构 62 5.4 OFDM接收机的分类 62 5.4.1 ICI-忽略的接收机 63 5.4.2 ICI-感知的接收机 64 5.4.3 逐块处理 65 5.4.4 块间处理 65 5.4.5 讨论 65 5.5 仿真信道的接收机性能界 65 5.5.1 仿真水声信道 66 5.5.2 时变信道下的ICI影响 66 5.5.3 SISO信道的中断性能 67 5.6 扩展到CP-OFDM 68 5.6.1 接收机预处理 68 5.6.2 频域的输入/输出关系 68 5.7 文献注记 69 第6章 检测，同步和多普勒扩展估计 70 6.1 基于互相关的方法 71 6.1.1 基于互相关的检测 71 6.1.2 基于互相关的同步和多普勒扩展估计 74 6.2 CP-OFDM的检测、同步和多普勒扩展的估计 76 6.2.1 具有自重复的CP-OFDM前导码 76 6.2.2 基于自相关的检测、同步和多普勒扩展估计 77 6.2.3 实现 78 6.3 一个ZP-OFDM块的同步和多普勒扩展估计 79 6.3.1 基于空子载波的盲估计 80 6.3.2 导频辅助的估计 80 6.3.3 基于判决辅助的估计 80 6.4 多普勒扩展估计的仿真结果 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的盲估计方法的比较 83 6.5 实用系统的设计实例 84 6.6 残余多普勒频移估计 85 6.6.1 重采样后的系统模型 85 6.6.2 残余多普勒频移补偿的影响 86 6.6.3 两种残余多普勒频移估计方法 88 6.6.4 仿真结果 88 6.7 文献注记 90 第7章 信道和噪声方差估计 91 7.1 ICI-忽略的信道估计问题描述 91 7.1.1 输入/输出关系 91 7.1.2 基于字典的描述 92 7.2 ICI-忽略的稀疏信道感知 93 7.2.1 字典分辨率与信道稀疏性 94 7.2.2 稀疏因子 95 7.2.3 导频数目与路径数目 95 7.3 ICI-感知的稀疏信道感知 96 7.3.1 问题描述 96 7.3.2 ICI-感知的信道感知 97 7.3.3 导频子载波的分布 98 7.3.4 数据符号的影响 98 7.4 稀疏恢复算法 99 7.4.1 匹配追踪 99 7.4.2 ?1范数*小化 99 7.4.3 通过FFT实现矩阵矢量乘法 101 7.4.4 计算复杂度 102 7.5 扩展到多输入信道 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 噪声方差估计 104 7.7 噪声预白化 105 7.7.1 噪声谱估计 105 7.7.2 频域白化 106 7.8 文献注记 106 第8章 数据检测 107 8.1 ICI-忽略的OFDM系统的逐符号检测 108 8.1.1 单输入单输出信道 108 8.1.2 单输入多输出信道 109 8.2 ICI-感知的OFDM系统中的块数据检测 110 8.2.1 MAP均衡 111 8.2.2 具有先验信息的线性MMSE均衡器 111 8.2.3 扩展到单输入多输出信道 113 8.3 带状ICI的OFDM系统的数据检测 114 8.3.1 BCJR算法及Log-MAP算法实现 114 8.3.2 因子图算法和高斯消息传递 116 8.3.3 相关高斯消息的计算 117 8.3.4 扩展到SIMO信道 118 8.4 MIMO-OFDM的数据检测 118 8.4.1 ICI-忽略的MIMO-OFDM 118 8.4.2 完全ICI的均衡 119 8.4.3 带状ICI均衡 119 8.5 MIMO-OFDM数据检测中的MCMC检测法 120 8.5.1 ICI-忽略的MIMO检测的MCMC检测法 121 8.5.2 带状ICI的 MIMO检测的MCMC检测法 121 8.6 文献注记 122 第9章 逐块处理的OFDM接收机 123 9.1 非迭代ICI-忽略的接收机 124 9.1.1 非迭代ICI-忽略的接收机结构 124 9.1.2 仿真结果：ICI-忽略的接收机 124 9.1.3 实验结果：ICI-忽略的接收机 124 9.2 非迭代ICI-感知的接收机 127 9.2.1 非迭代ICI-感知的接收机结构 127 9.2.2 仿真结果：ICI-感知的接收机 127 9.2.3 实验结果：ICI-感知的接收机 128 9.3 迭代接收机处理 129 9.3.1 迭代的ICI-忽略的接收机 129 9.3.2 迭代的ICI-感知的接收机 129 9.4 ICI-渐进的接收机 130 9.5 仿真结果：ICI-渐进的接收机 131 9.6 实验结果：ICI-渐进的接收机 134 9.6.1 BLER性能 134 9.6.2 环境影响 135 9.6.3 渐进的接收机与迭代的ICI-感知的接收机对比 136 9.7 讨论 136 9.8 文献注记 137 第10章 分簇的信道自适应OFDM接收机 138 10.1 信道时变特性的说明 138 10.2 基于簇的块间信道变化的建模 139 10.3 基于簇自适应的块间接收机 140 10.3.1 簇偏移的估计和补偿 141 10.3.2 基于簇自适应的稀疏信道估计 143 10.3.3 信道再估计和簇的变化更新 145 10.4 实验结果：MACE10 146 10.4.1 总体的重采样后的BLER性能 146 10.4.2 **重采样后的BLER性能 148 10.5 实验结果：SPACE08 149 10.6 讨论 151 10.7 文献注记 151 第11章 深海水平信道的OFDM通信 152 11.1 深海水平通信的系统模型 153 11.1.1 发射信号 153 11.1.2 成簇多径信道的建模 153 11.1.3 接收信号 154 11.2 基于判决反馈的接收机设计 155 11.3 基于因子图的联合IBI/ICI均衡 156 11.3.1 概率问题的提出 156 11.3.2 基于因子图的均衡 157 11.4 迭代的块间接收机处理 158 11.5 仿真结果 160 11.6 AUTEC环境下的实验结果 162 11.7 扩展到水下广播网络 164 11.7.1 水下广播网络 164 11.7.2 半仿真实验结果：MACE10 165 11.8 文献注记 167 第12章 参数化的外部干扰抵消的OFDM接收机 168 12.1 干扰的参数化 168 12.2 干扰抵消的迭代OFDM接收机 169 12.2.1 初始化 171 12.2.2 干扰检测与估计 171 12.2.3 信道估计、