一种鲁棒性强的OFDM水声通信系统
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(3 State Key Laboratory of Acoustics, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) (4 Beijing Engineering Tcean Acoustic Equipment, Beijing 100190, China)
符号的多普勒估计。实验结果表明该系统在不同的衰落信道下都能实现正确的跟踪和译码，系统的鲁棒性能
优越。此外，该系统算法计算简单，易于实现，具有良好的工程应用价值。
关键词 多普勒因子估计，信道估计，线性最小均方误差估计，比特交织编码调制技术，正交频分复用系统
中图法分类号: TN929.3
文献标识码: A
636
2019 年 7 月
mean-square error estimator is used to process the pilot data to get the channel estimate. Doppler scale estimation includes Doppler scale estimation of frames and Doppler scale estimation of symbols. The experimental results show that the system can achieve correct tracking and decoding under different fading channels, and the robust performance of the system is superior. In addition, the system algorithm is simple to calculate, easy to implement, and has good engineering application value. Key words Doppler scale estimation, Channel estimation, Linear minimum mean square error estimation, Bit-interleaved coded modulation, Orthogonal frequency division multiplexing system
第 38 卷 第 4 期 2019 年 7 月
Journal of Applied Acoustics
Vol. 38, No. 4 July, 2019
⋄ 李启虎院士八十华诞学术论文 ⋄
一种鲁棒性强的 OFDM 水声通信系统∗
张舒然1,2,3 武岩波1,3,4 朱 敏1,3,4† 李欣国1,4 张琳园1,4 郭卫振1,4
(1 Ocean Acoustic Technology Center, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) (2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
声通信方案，方案包括编码调制、信道估计和多普勒估计等内容。为了使该系统更稳健，整个信道编码分为两
个步骤。首先，循环冗余校验编码器和里德 -所罗门编码器用于编码整个数据包，然后循环冗余校验编码器和
Turbo 编码器用于编码每个数据帧，其中比特交织编码调制技术用来对抗信道的时变特性。为了得到水声信
道估计，使用线性最小均方误差估计器来处理导频数据得到信道估计值。多普勒估计包括帧的多普勒估计和
Abstract In order to realize the orthogonal frequency division multiplexing underwater acoustic communication under the different fading underwater acoustic channels, a robust underwater acoustic communication scheme of coding and modulation, channel estimation, Doppler scale estimation using the orthogonal frequency division multiplex signals has been put forward. In order to get more robust system, the whole channel coding is divided into two steps. First of all, the cyclic redundancy check (CRC) encoder and the Reed-Solomon encoder are used to encode the whole packet, then the CRC encoder and the Turbo encoder is used to encode each frame of data. Among them, bit-interleaved coded modulation is used to combat the time-varying characteristics of the channel. To obtain channel estimation, the linear minimum
2019-02-15 收稿; 2019-05-07 定稿 ∗国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (61471351), 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 (2016YFC0300300), 中 国 科 学 院 声 学 研 究 所 青 年 英 才 计 划 项 目 (Y654941231, Y654961231)，中国科学院战略性先导科技专项 (A 类)(XDA22030101) 作者简介: 张舒然 (1992- ), 女, 安徽合肥人, 博士研究生, 研究方向: 信号与信息处理。 † 通讯作者 E-mail: zhumin@
文章编号: 1000-310X(2019)04-0635-10
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2019.04.021
A robust OFDM underwater acoustic communication system scheme
ZHANG Shuran1,2,3 WU Yanbo1,3,4 ZHU Min1,3,4 LI Xinguo1,4 ZHANG Linyuan1,4 GUO Weizhen1,4
(1 中国科学院声学研究所 海洋声学技术中心 北京 100190) (2 中国科学院大学 北京 100049)
(3 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190) (4 北京市海洋声学装备工程技术研究中心 北京 100190)
摘要 为了在不同衰落水声信道下实现正交频分复用水声通信，该文提出了一种鲁棒性强的正交频分复用水
符号的多普勒估计。实验结果表明该系统在不同的衰落信道下都能实现正确的跟踪和译码，系统的鲁棒性能
优越。此外，该系统算法计算简单，易于实现，具有良好的工程应用价值。
关键词 多普勒因子估计，信道估计，线性最小均方误差估计，比特交织编码调制技术，正交频分复用系统
中图法分类号: TN929.3
文献标识码: A
636
2019 年 7 月
mean-square error estimator is used to process the pilot data to get the channel estimate. Doppler scale estimation includes Doppler scale estimation of frames and Doppler scale estimation of symbols. The experimental results show that the system can achieve correct tracking and decoding under different fading channels, and the robust performance of the system is superior. In addition, the system algorithm is simple to calculate, easy to implement, and has good engineering application value. Key words Doppler scale estimation, Channel estimation, Linear minimum mean square error estimation, Bit-interleaved coded modulation, Orthogonal frequency division multiplexing system
第 38 卷 第 4 期 2019 年 7 月
Journal of Applied Acoustics
Vol. 38, No. 4 July, 2019
⋄ 李启虎院士八十华诞学术论文 ⋄
一种鲁棒性强的 OFDM 水声通信系统∗
张舒然1,2,3 武岩波1,3,4 朱 敏1,3,4† 李欣国1,4 张琳园1,4 郭卫振1,4
(1 Ocean Acoustic Technology Center, Institute of Acoustics, Chinese Academy of Sciences, Beijing 100190, China) (2 University of Chinese Academy of Sciences, Beijing 100049, China)
声通信方案，方案包括编码调制、信道估计和多普勒估计等内容。为了使该系统更稳健，整个信道编码分为两
个步骤。首先，循环冗余校验编码器和里德 -所罗门编码器用于编码整个数据包，然后循环冗余校验编码器和
Turbo 编码器用于编码每个数据帧，其中比特交织编码调制技术用来对抗信道的时变特性。为了得到水声信
道估计，使用线性最小均方误差估计器来处理导频数据得到信道估计值。多普勒估计包括帧的多普勒估计和
Abstract In order to realize the orthogonal frequency division multiplexing underwater acoustic communication under the different fading underwater acoustic channels, a robust underwater acoustic communication scheme of coding and modulation, channel estimation, Doppler scale estimation using the orthogonal frequency division multiplex signals has been put forward. In order to get more robust system, the whole channel coding is divided into two steps. First of all, the cyclic redundancy check (CRC) encoder and the Reed-Solomon encoder are used to encode the whole packet, then the CRC encoder and the Turbo encoder is used to encode each frame of data. Among them, bit-interleaved coded modulation is used to combat the time-varying characteristics of the channel. To obtain channel estimation, the linear minimum
2019-02-15 收稿; 2019-05-07 定稿 ∗国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 (61471351), 国 家 重 点 研 发 计 划 项 目 (2016YFC0300300), 中 国 科 学 院 声 学 研 究 所 青 年 英 才 计 划 项 目 (Y654941231, Y654961231)，中国科学院战略性先导科技专项 (A 类)(XDA22030101) 作者简介: 张舒然 (1992- ), 女, 安徽合肥人, 博士研究生, 研究方向: 信号与信息处理。 † 通讯作者 E-mail: zhumin@
文章编号: 1000-310X(2019)04-0635-10
DOI: 10.11684/j.issn.1000-310X.2019.04.021
A robust OFDM underwater acoustic communication system scheme
ZHANG Shuran1,2,3 WU Yanbo1,3,4 ZHU Min1,3,4 LI Xinguo1,4 ZHANG Linyuan1,4 GUO Weizhen1,4
(1 中国科学院声学研究所 海洋声学技术中心 北京 100190) (2 中国科学院大学 北京 100049)
(3 中国科学院声学研究所 声场声信息国家重点实验室 北京 100190) (4 北京市海洋声学装备工程技术研究中心 北京 100190)
摘要 为了在不同衰落水声信道下实现正交频分复用水声通信，该文提出了一种鲁棒性强的正交频分复用水