基于扩频的水声多址接入技术的研究

作     者：宋玲娜 

作者单位：华南理工大学 

学位级别：硕士

导师姓名：季飞

授予年度：2018年

学科分类：08[工学] 082403[工学-水声工程] 0824[工学-船舶与海洋工程] 

主      题：水声通信 CDMA IDMA 功率控制 PIC检测 信道均衡 

摘      要：水声通信要克服传播时延长、可用带宽窄、多径明显、信号衰减大、多普勒频移等问题,这些因素决定了水声信道的时-空-频变的特性,因此在传播时延长、可用带宽窄的水声通信环境中,时分多址和频分多址的应用受到很大限制,现有的基于陆地的MAC(Medium Access Control)协议也无法直接应用于水声传感器网络。而码分多址对频率选择性衰落和多普勒效应的鲁棒性被视为水声传感器网络中较有前景的多址技术之一。码分多址可以允许多用户同时通信,但在用户数量增多时,伴随的远近效应问题也随之凸显。本文提出了CDMA-MAC-PC协议,当数据包以错误的顺序被接收时,它会反馈一个NACK包以替代传统的每次正确接收数据包后都反馈的ACK包。CDMAMAC-PC协议采用一种基于SINR平衡的闭环功率控制算法,使得汇聚节点周期性地指示传感器节点调控最优发射功率以克服远近效应。并讨论和评估了功率控制信令的成本和收益,给出仿真结果和分析。但当扩频因子较小时,相互正交的扩频码数量一般较少,正交性良好的扩频码数量不足以支撑足够的用户容量,加上码间串扰(Inter Symbol Interference,ISI)会破坏扩频码的正交性,MAI(Multiple Access Interference)和ISI成为了限制码分多址系统的主要问题。因此,针对此问题本文又研究了适用于水声传感器网络的交织多址技术。在分析了传统IDMA(Interleave-Division Multiple Access)接收机的基础上,还给出了两种接收机的改进方案,分别是基于PIC(Parallel Interference Cancellation)检测的IDMA接收机和基于DABTEQ均衡器的IDMA接收机。通过重复应用均衡器和译码器,将各自的输出外信息经过解交织/交织模块后作为彼此的先验输入,并通过迭代产生增益降低接收信号的误比特率。同时对水声环境中下行链路的功率分配问题作出了详细的理论推导。最后给出了在实际水声信道下三种IDMA接收机的性能仿真和分析,并简要分析了交织深度对独立随机交织器性能的影响。