厦门大学海洋与地球学院

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厦门大学童峰教授团队提出一种快变水声信道估计新算法
COE COE 2022/7/1 1085 返回上页

近日,厦门大学海洋与地球学院、水声通信与海洋信息技术教育部重点实验室童峰教授团队在通信领域国际顶级期刊IEEE Transactions on Vehicular Technology上在线发表了题为“Exploiting Rapidly Time-Varying Sparsity for Underwater Acoustic Communication”的研究成果。该研究提出一种估计快变水声信道参数的新算法,并从多方面验证了该算法改善通信性能的有效性,为突破复杂时变海洋环境下水声信息稳健传输技术难题提供了新的思路。

随着海洋资源勘探、海洋环境监测、海洋工程开发、海洋权益维护等领域对信息获取、传输与感知的需求急剧增加,水声通信已成为构建立体化海洋信息体系的关键技术。然而,水声信道被广泛认为是一种极其恶劣的无线信道,具有强烈时--频随机变化、强多径、带宽受限和高噪声等复杂特点,这使得水声通信成为一项极具挑战性的任务。特别是在复杂海洋环境下,一方面,随机小尺度动态变化导致水声信道具有快速时变特性,另一方面,信道中仍存在相对静态多径分量,往往造成现有信道估计和均衡算法出现失配,严重影响水声通信性能,给高性能水声通信系统研究设计带来了极大障碍。

该研究从快速时变、相对静态这两类截然不同的动态特性出发,对信道多径进行区别性处理并引入观测长度优化机制,提出一种新的序贯自适应观测长度正交匹配追踪 (SAOLOMP) 算法。该算法首先对水声通信中相对静态的多径分量进行分离和初估计;随后,利用初估计残差重构时变分量,由于不同时变程度下正交匹配追踪(OMP)的最优观测窗长不同,算法设计了梯度下降自适应调整OMP观测窗长的迭代优化机制,从而增加了对不同程度时变的算法调控手段;最后,将静态和时变分量结果相加完成信道估计。数值模拟以及浅海、深海海域海试实验结果表明,所提出的SAOLOMP算法与目前主流方法相比,在利用快速时变稀疏性方面表现出更好的性能,有效改善了快速时变环境下的水声通信性能。

海洋与地球学院博士生江伟华为论文第一作者,童峰教授为通讯作者。该研究得到国家重点研发计划项目(2018YFE00110000)和国家自然科学基金项目(1127425911574258)的联合资助。

论文来源:W. Jiang, F. Tong and Z. Zhu, Exploiting Rapidly Time-Varying Sparsity for Underwater Acoustic Communication, in IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2022, doi: 10.1109/TVT.2022.3181801.

论文链接:https://doi.org/10.1109/TVT.2022.3181801




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