摘 要

短波通信是指使用频率为3-30的电磁波，通过电离层的反射从而达到数据的远距离传输的通信方式^[1]，在远程通信中有极为重要的地位，并且主要应用领域为军事通信。

本论文主要是对短波通信中信道估计技术的研究。未知数据采用伪随机序列，并进行64调制，将其调制到频率1800的载波上。短波信道模型为带宽3的Watterson抽头延时线信道模型，包括两条平均功率相等的瑞利衰落路径，时延扩展是2ms，多普勒频移不超过75，以及1的衰落带宽^[2]。本论文主要研究信道估计算法，结合理论分析的结果，设计合理的短波信道估计方案。

本论文主要包括以下几个方面：

1. 在理论研究的基础上对短波信道模型的时域特性和频域特性进行分析，结合其特性构造Watterson短波信道模型，验证该模型的衰落特性，使用的平台为MATLAB。
2. 短波信道估计算法的研究。结合理论推导最小均方算法()、递推最小二乘法()^[3]、最小二乘法()以及最小均方差算法()四种信道估计算法的原理，分别计算各种算法的均方误差，以此为指标分析各自算法的优缺点，确定最终使用改进算法进行信道估计。
3. 设计软迭代信道估计方案，通过改变信噪比条件，计算相应条件下的误码率，并绘制成图形进行直观对比，分析迭代信道估计方案是否具有理论上的有效性。

关键词：短波通信 信道估计 算法 均方误差 迭代

Abstract

HF communication refers to the use of electromagnetic waves with frequency of 3MHz-30MHz, the use of ionospheric reflection to achieve long-distance transmission of data communication, in the long-distance communication has a very important position, and the main application areas for military communications.

This paper is mainly for HF communication channel estimation technology research. Unknown data is pseudo-random sequence, and 64QAM modulation, modulation to the frequency of 1800Hz carrier. The HF channel model is a Watterson tap delay line channel model with a bandwidth of 3 kHz, including two equal-power Rayleigh fading paths with a delay spread of 2 ms, a Doppler shift of no more than 75 Hz, and a 1 Hz fading bandwidth. In this paper, we mainly study the channel estimation algorithm and combine the theoretical analysis results to design a reasonable HF channel estimation scheme.

This paper mainly includes the following aspects:

Firstly, based on the theoretical research, the time domain and frequency domain characteristics of the shortwave channel model are analyzed, and the Watterson shortwave channel model is constructed in combination with its characteristics to verify the fading characteristics of the model.

Secondly, HF channel estimation algorithm(LLS), recursive least squares(RLS), least squares(LS) and minimum mean square algorithm(MMSE) are used to calculate the mean squares of the algorithms. Mean square error, as the index analysis of the advantages and disadvantages of their respective algorithms to determine the final use of RLS improved algorithm for channel estimation.

Thirdly, Design the soft iterative channel estimation scheme, and generate the bit error rate curve by different SNR conditions to verify the effectiveness of the iterative channel estimation scheme.

    Key words: HF communication, channel estimation algorithm, mean square error, iteration

目录

第一章 绪论 1

1.1短波通信 1

1.1.1 背景及应用 1

1.1.2 国内外研究现状 1

1.2短波通信特点 2

1.2.1 短波传播方式 2

1.2.2 短波信道特点 2

1.3 论文结构安排 3

第二章 短波信道建模与仿真 4

2.1短波信道时频特性分析 4

2.1.1 Watterson信道模型 4

2.1.2 时域特性分析 4

2.1.3 频域特性分析 5

2.2 短波信道仿真模型设计 6

2.2.1 时延扩展 7

2.2.2 抽头增益 9

2.2.3 复高斯白噪声 13

2.3 信道仿真结果 14

2.4 本章小结 16

第三章 短波信道估计算法 17

3.1 短波信道估计 17

3.2 自适应信道估计算法 17

3.2.1 LMS算法 18

3.2.2 RLS算法 19

3.2.3 LS算法 21

3.2.4 MMSE算法 22

3.2.5 短波信道估计算法仿真结果 23

3.3 本章小结 24

第四章 短波信道估计方案 25

4.1 软迭代信道估计 25

4.2迭代信道估计性能 25

4.3 本章小结 27

第五章 总结与展望 28

5.1 论文总结 28

5.2 下一步研究方向 28

参考文献 29

致谢 31

绪论

1.1短波通信

短波通信的信道主要是电离层，它的工作频率在3-30之间，是可以实现数据的远距离传输的通信方式^[4]。无线电波经由发射机产生后要到达接收端需要经过大气中的电离层，在电离层发生反射或者先经历反射再经历折射。因此，短波通信能实现远距离的数据通信，基本上都以上千公里计，所以在许多领域如军事，民用都有极其重要的地位。

1.1.1 背景及应用

二十世纪初期，短波通信进入快速发展时期，并于二十世纪中期达到鼎盛。在此之后短波通信进入平稳过渡的阶段，这要归因于卫星通信技术的飞快进展。短波通信与其他通信方式相比有以下几个方面的优势：一，上千公里的超远传输距离使其在远距离数据传输中具有良好的数据传输能力；二，与其他无线通信方式比如卫星通信相比，由于短波不被中继限制，短波通信具有通信自主性和通信网络抗毁性；三，应用于短波通信的设备价格普遍较低，组成通信网络比较灵活，并且操作简单快捷；四，与超短波相比，短波的频段覆盖范围更广，因而在比较恶劣的环境中，短波通信的地位更加重要。随着通信关键技术的迅速发展以及硬件设备的不断更新，数据传输的能力增加，差错率降低，处理数据的能力也在不断提高，再加上自身的优势，短波通信又将获得新的发展机会。

短波通信在现实生活中的应用极为广泛且地位越来越重要，比如军事通信、海洋捕捞、抗洪救险领域等。通过短波实现数据的远距离传输必须经过大气电离层的反射，在此过程中有许多不稳定的因素会对其造成影响，进而造成多普勒效应、多径效应等，对通信过程产生选择性衰落影响，包括时间、空间和频率三个方面的。所以，研究短波通信信道的特性具有十分重要的实际应用意义。

1.1.2 国内外研究现状

到了二十世纪以后，因为短波通信利用的信道为电离层，所以信道特性自然受到世界各国研究人员的关注和研究。在技术和理论的不断发展下，对电离层的探测和特性的了解越发深入，使得研究人员们有了对电离层信道的建模能力。其中以Watterson的窄带短波信道模型最受人关注。这个模型用抽头延时结构仿真多径效应和瑞利衰落，非常容易操作，实现起来比较简单。这个模型最初发表在电气和电子工程师协会的学报上，从其优点等方面考虑，最后被人们广泛应用并引为标准，然后在这个模型的基础上又研发出许多应用于不同领域的仿真模型。