Выравнивание нестационарного канала подводной акустической системы связи OFDM

Автор(и)

  • Анфу Жу Северо-Китайский университет водных ресурсов и электроэнергетики, Чжэньжоу, China https://orcid.org/0000-0003-3412-264X

DOI:

https://doi.org/10.20535/S0021347020080038

Ключові слова:

подводная акустическая связь, OFDM, выравнивание нестационарного канала, декомпозиция LDL^H

Анотація

В статье исследованы три схемы выравнивания нестационарных каналов акустических подводных систем связи UWA (underwater acoustic) с ортогональным частотным разделением каналов OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing). Рассмотрены следующие алгоритмы выравнивания: алгоритм обнуления незначащих коэффициентов ZF (zero-forcing), выравнивание по минимальной среднеквадратичной ошибке MMSE (minimum mean square error equalization), и алгоритм последовательного подавления помех SIC (serial interference cancellation). Среди предложенных схем существует проблема необходимости выполнения большого количества операций для получения обратной матрицы канала. Для уменьшения вычислительной сложности получения обратной матрицы канала исследованы такие методы, как полосовая аппроксимация матрицы канала, последовательное выравнивание и декомпозиция LDLH. Для оценки эффективности исследуемых алгоритмов, проведены численное моделирование и эксперимент в реальных условиях. Результаты моделирования подтвердили, что алгоритмы выравнивания могут эффективно работать в условиях различной нестационарности, и подтверждают надежность каждого из упрощенных алгоритмов при одинаковом значении коэффициента Доплера. Результаты двух видов экспериментов в реальных условиях также подтверждают, что упрощенные алгоритмы устраняют влияние остаточного узкополосного эффекта Доплера на конкретный диапазон, и дают лучший результат при их объединении с высокоточным алгоритмом оценивания параметров канала.

Посилання

M. K. Tsatsanis, G. B. Giannakis, “Adaptive methods for equalization of rapidly fading channels,” in Proceedings of MILCOM ’93 - IEEE Military Communications Conference, 2002, vol. 2, pp. 639–643, doi: https://doi.org/10.1109/MILCOM.1993.408590.

I. Barhumi, G. Leus, M. Moonen, “Estimation and direct equalization of doubly selective channels,” EURASIP J. Adv. Signal Process., vol. 2006, no. 1, p. 062831, 2006, doi: https://doi.org/10.1155/ASP/2006/62831.

S. Tomasin, A. Gorokhov, H. Yang, J.-P. Linnartz, “Iterative interference cancellation and channel estimation for mobile ofdm,” IEEE Trans. Wirel. Commun., vol. 4, no. 1, pp. 238–245, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TWC.2004.840194.

K. A. D. Teo, S. Ohno, “Optimal mmse finite parameter model for doubly-selective channels,” in GLOBECOM ’05. IEEE Global Telecommunications Conference, 2005, 2005, vol. 6, pp. 5 pp. – 3507, doi: https://doi.org/10.1109/GLOCOM.2005.1578424.

T. Zemen, C. F. Mecklenbrauker, “Time-variant channel estimation using discrete prolate spheroidal sequences,” IEEE Trans. Signal Process., vol. 53, no. 9, pp. 3597–3607, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/TSP.2005.853104.

G. Taubock, F. Hlawatsch, “A compressed sensing technique for ofdm channel estimation in mobile environments: exploiting channel sparsity for reducing pilots,” in 2008 IEEE International Conference on Acoustics, Speech and Signal Processing, 2008, pp. 2885–2888, doi: https://doi.org/10.1109/ICASSP.2008.4518252.

J. Jin, Y. Gu, S. Mei, “An introduction to compressive sampling and its applications,” J. Electron. Inf. Technol., vol. 32, no. 2, pp. 470–475, 2010, doi: https://doi.org/10.3724/SP.J.1146.2009.00497.

Y. Zhou, Y. Wu, D. Chen, F. Tong, “Compressed sensing estimation of underwater acoustic mimo channels based on temporal joint sparse recovery,” Dianzi Yu Xinxi Xuebao/Journal Electron. Inf. Technol., vol. 38, no. 8, pp. 1920–1927, 2016, doi: https://doi.org/10.11999/JEIT151158.

H. Huang, W. Su, X. Jiang, “An improved compressed sensing reconstruction algorithm used in sparse channel estimation,” in 2016 IEEE International Conference on Signal Processing, Communications and Computing (ICSPCC), 2016, pp. 1–4, doi: https://doi.org/10.1109/ICSPCC.2016.7753737.

L. Jing, C. He, L. Zhang, Q. Meng, J. Huang, Q. Zhang, “Iterative block decision feedback equalizer with soft detection for underwater acoustic channels,” Dianzi Yu Xinxi Xuebao/Journal Electron. Inf. Technol., vol. 38, no. 4, pp. 885–891, 2016, doi: https://doi.org/10.11999/JEIT150669.

Y. Xie, L. Zhou, J. Liu, “Linearly time-varying channel estimation method with ici mitigation for ofdm systems,” Inf. Technol., no. 1, pp. 67–70, 2018, doi: https://doi.org/10.13274/j.cnki.hdzj.2018.01.016.

J. Zhao, K. Huo, Y. Liu, X. Yang, “Cyclic prefix based phase-coded ofdm radar doppler offset estimation and compensation,” Dianzi Yu Xinxi Xuebao/Journal Electron. Inf. Technol., vol. 39, no. 4, pp. 938–944, 2017, doi: https://doi.org/10.11999/JEIT160549.

S. Sarowa, H. Singh, S. Agrawal, B. S. Sohi, “A novel energy-efficient ici cancellation technique for bandwidth improvements through cyclic prefix reuse in an ofdm system,” Front. Inf. Technol. Electron. Eng., vol. 18, no. 11, pp. 1892–1899, 2017, doi: https://doi.org/10.1631/FITEE.1601333.

T. Hrycak, G. Matz, “Low-complexity time-domain ici equalization for ofdm communications over rapidly varying channels,” in 2006 Fortieth Asilomar Conference on Signals, Systems and Computers, 2006, pp. 1767–1771, doi: https://doi.org/10.1109/ACSSC.2006.355065.

J. Huang, J. Huang, C. R. Berger, S. Zhou, P. Willett, “Iterative sparse channel estimation and decoding for underwater mimo-ofdm,” EURASIP J. Adv. Signal Process., vol. 2010, no. 1, p. 460379, 2010, doi: https://doi.org/10.1155/2010/460379.

L. Rugini, P. Banelli, G. Leus, “Simple equalization of time-varying channels for ofdm,” IEEE Commun. Lett., vol. 9, no. 7, pp. 619–621, 2005, doi: https://doi.org/10.1109/LCOMM.2005.1461683.

##submission.downloads##

Опубліковано

2020-08-23

Як цитувати

Жу, А. (2020). Выравнивание нестационарного канала подводной акустической системы связи OFDM. Вісті вищих учбових закладів. Радіоелектроніка, 63(8), 483–496. https://doi.org/10.20535/S0021347020080038

Номер

Том 63 № 8 (2020)

Розділ

Оригінальні статті

Ліцензія

Авторське право (c) 2020 Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника

Издатель журнала Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника (сокр. "Известия вузов. Радиоэлектроника"), Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт", учитывает, что доступ автора к его статье является важным как для самого автора, так и для спонсоров его исследований. Мы представлены в базе издателей SHERPA/RoMEO как зеленый издатель (green publisher), что позволяет автору выполнять самоархивирование своей статьи. Однако важно, чтобы каждая из сторон четко понимала свои права. Просьба более детально ознакомиться с Политикой самоархивирования нашего журнала.

Политика оплаченного открытого доступа POA (paid open access), принятая в журнале, позволяет автору выполнить все необходимые требования по открытому доступу к своей статье, которые выдвигаются институтом, правительством или фондом при выделении финансирования. Просьба более детально ознакомиться с политикой оплаченного открытого доступа нашего журнала (см. отдельно).

Варианты доступа к статье:

1. Статья в открытом доступе POA (paid open access)

В этом случае права автора определяются лицензией CC BY (Creative Commons Attribution).

2. Статья с последующим доступом по подписке

В этом случае права автора определяются авторским договором, приведенным далее.

  • Автор (каждый соавтор) уступает Издателю журнала «Известия высших учебных заведений. Радиоэлектроника» НТУУ «КПИ» на срок действия авторского права эксклюзивные права на материалы статьи, в том числе право на публикацию данной статьи издательством Аллертон Пресс, США (Allerton Press) на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems». Передача авторского права охватывает исключительное право на воспроизведение и распространение статьи, включая оттиски, переводы, фото воспроизведения, микроформы, электронные формы (он- и оффлайн), или любые иные подобные формы воспроизведения, а также право издателя на сублицензирование третьим лицам по своему усмотрению без дополнительных консультаций с автором. При этом журнал придерживается Политики конфиденциальности.
  • Передача прав включает право на обработку формы представления материалов с помощью компьютерных программам и систем (баз данных) для их использования и воспроизводства, публикации и распространения в электронном формате и внедрения в системы поиска (базы данных).
  • Воспроизведение, размещение, передача или иное распространение или использование материалов, содержащихся в статье должно сопровождаться ссылкой на Журнал и упоминанием Издателя, а именно: название статьи, имя автора (соавторов), название журнала, номер тома, номер выпуска, копирайт авторов и издателя "© Национальный технический университет Украины "Киевский политехнический институт"; © автор(ы)".
  • Автор (каждый соавтор) материалов сохраняет все права собственника материалов, включая патентные права на любые процессы, способы или методы и др., а также права на товарные знаки.
  • Издатель разрешает автору (каждому соавтору) материалов следующее:
  1. Право пользоваться печатными или электронными вариантами материалов статьи в форме и содержании, принятыми Издателем для публикации в Журнале. Подробнее см. политики Оплаченного открытого доступа, подписки и самоархивирования.
  2. Право бесплатно копировать или передавать коллегам копию напечатанной статьи целиком или частично для их личного или профессионального использования, для продвижения академических или научных исследований или для учебного процесса или других информационных целей, не связанных с коммерческими целями.
  3. Право использовать материалы из опубликованной статьи в написанной автором (соавторами) книге, монографии, учебнике, учебном пособии и других научных и научно-популярных изданиях.
  4. Право использовать отдельные рисунки или таблицы и отрывки текста из материалов в собственных целях обучения или для включения их в другую работу, которая печатается (в печатном или электронном формате) третьей стороной, или для представления в электронном формате во внутренние компьютерные сети или на внешние сайты автора (соавторов).
  • Автор (соавторы) соглашаются, что каждая копия материалов или любая ее часть, распространенная или размещенная ими в печатном или электронном формате, будет содержать указание на авторское право, предусмотренное в Журнале и полную ссылку на Журнал Издателя.
  • Автор (соавторы) гарантирует, что материалы являются оригинальной работой и представлены впервые на рассмотрение только в этом Журнале и ранее не публиковались. Если материалы написаны совместно с соавторами, автор гарантирует, что проинформировал их относительно условий публикации материалов и получил их подписи или письменное разрешение подписываться от их имени.
  • Если в материалы включаются отрывки из работ или имеются указания на работы, которые охраняются авторским правом и принадлежат третьей стороне, то автору необходимо получить разрешение владельца авторских прав на использование таких материалов в первом случае и сделать ссылку на первоисточник во втором.
  • Автор гарантирует, что материалы не содержат клеветнических высказываний и не посягают на права (включая без ограничений авторское право, права на патент или торговую марку) других лиц и не содержат материалы или инструкции, которые могут причинить вред или ущерб третьим лицам. Автор (каждый соавтор) гарантирует, что их публикация не приведет к разглашению секретных или конфиденциальных сведений (включая государственную тайну). Подтверждением этого является Экспертное заключение (см. перечень документов в Правила для авторов).
  • Издатель обязуется опубликовать материалы в случае получения статьей положительного решения редколлегии о публикации на основании внешнего рецензирования (см. Политика рецензирования).
  • В случае публикации статьи на английском языке в журнале «Radioelectronics and Communications Systems» (Издатель: Аллертон Пресс, США, распространитель Springer) автору (соавторам) выплачивается гонорар после выхода последнего номера журнала года, в котором опубликована данная статья.
  • Документ Согласие на публикацию, который подают русскоязычные авторы при подаче статьи в редакцию, является краткой формой данного договора, в котором изложены все ключевые моменты настоящего договора и наличие которого подтверждает согласие автора (соавторов) с ним. Аналогичным документом для англоязычных авторов является Copyright Transfer Agreement (CTA), предоставляемый издательством Allerton Press.
  • Настоящий Договор вступает в силу в момент принятия статьи к публикации. Если материалы не принимаются к публикации или до публикации в журнале автор (авторы) отозвал работу, настоящий Договор не приобретает (теряет) силу.