在移动水声通信中，由于收发机之间存在相对运动，接收信号中会出现较大的多普勒扩展，这将给OFDM（Orthogonal Frequency-Division Multiplexing）水声通信系统带来严重的子载波间干扰，使发射符号失真。高性能、低复杂度的移动OFDM水声通信系统接收机设计是一个难题。
为了解决上述问题，中科院水下航行器信息技术重点实验室鄢社锋研究员团队提出了一种适用于差分OFDM系统的自适应turbo均衡器。
相关研究成果2020年8月在线发表于国际学术期刊 IEEE Transactions on Vehicular Technology 。
研究人员首先使用译码器反馈的发送符号软信息重建OFDM系统各子载波符号，然后通过自适应turbo均衡进一步消除接收信号中由已检测出符号造成的残余子载波间干扰，从而提高差分系统的误码性能（图1）。自适应均衡器的系数使用低复杂度的随机梯度算法进行更新，并采用单载波通信系统中的数据重利用算法加速turbo均衡的收敛。另外，研究人员提出一种基于导频的差分编码方法，可以有效抑制上述符号重建过程中存在的误差传播问题，进一步提高系统性能。
研究人员将提出的分数间隔快速傅里叶变换turbo均衡（Fractional Fast Fourier Transform-Turbo Equalization, FFFT-TEQ）与相干OFDM系统中基于MMSE（Minimum Mean-Squared Error）估计的turbo均衡器（MMSE-TEQ）的误块率（block error rate, BLER）性能进行对比，仿真结果显示，使用新型均衡器的差分系统在高信噪比下能获得的误块率性能优于相干系统（图2），并且其性能对多普勒频率的变化更为稳健（图3）。另外，它的计算复杂度较相干系统降低了约两个数量级。
该差分OFDM水声通信系统自适应turbo均衡方法为高性能、低复杂度移动OFDM水声通信系统的实现提供了可行的解决方案，具有良好的应用价值。
本研究得到国家自然科学基金（No.61725106）的资助。
图1 差分OFDM系统自适应turbo均衡器结构图（图/中科院声学所）
图2误块率-信噪比性能曲线（图/中科院声学所）
图3 误块率-归一化多普勒性能曲线（图/中科院声学所）
关键词：
水声通信；差分OFDM；自适应turbo均衡
参考文献：
ZHAO Shiduo, YAN Shefeng, and XI Junyi. Adaptive Turbo Equalization for Differential OFDM Systems in Underwater Acoustic Communications. IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2020, Early Access. DOI: 10.1109/TVT.2020.3017778.
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