Channel Estimation and Equalization of Underwater Acoustic MIMO-OFDM Systems: A Review Estimation du canal et l’égalisation des systèmes MEMS-MROF acoustiques sous-marins: une revue

Abstract

High-speed underwater acoustic (UWA) communication is challenging due to limited bandwidth, extended multipath spread, severe Doppler effect, and large transmission loss. The use of multiple transducers at both transmitter and receiver increases the spatial diversity of the system, and orthogonal frequency-division multiplexing (OFDM) solves the problem of limited bandwidth due to its high spectral efficiency. Thus, the combination of multiple-input multiple-output (MIMO) and OFDM shifts the UWA communication to a whole new level; however, at the same time, it also increases the design challenges for the development of such systems. Intersymbol interference, intercarrier interference, and cochannel interference are introduced in the received signal by the extended multipath and Doppler shifts along with different types of noises due to the noisy acoustic channel. Therefore, many channel estimation and equalization schemes are developed for the UWA MIMO-OFDM communication systems. In this paper, these schemes are thoroughly reviewed, summarized, categorized, and compared with other similar algorithms in terms of complexity and performance while pointing out the prevailing research problems.Résumé—La communication acoustique sous-marine à haute vitesse (ASM) est un défi en raison de la bande passante limitée, de la propagation multi-trajets étendue, de l’effet Doppler grave et de la perte importante de transmission. L’utilisation de plusieurs transducteurs à la fois émetteur et récepteur augmente la diversité spatiale du système, et le multiplexage par répartition orthogonale de la fréquence (MROF) résout le problème de la bande passante limitée en raison de son efficacité spectrale élevée. Ainsi, la combinaison de multi-entrées multi-sorties (MEMS) et MROF déplace la communication ASM à un tout autre niveau; Cependant, dans le même temps, cela augmente également les défis de conception pour le développement de tels systèmes. Les interférences intersymboles, interférences entre porteuses et le brouillage dans le même canal (cochannel) sont introduits dans le signal reçu par les décalages étendus sur trajets multiples et Doppler, ainsi que par différents types de bruits dus au canal acoustique bruyant. Par conséquent, de nombreux schémas d’estimation et d’égalisation de canal sont développés pour les systèmes de communication ASM MEMS-MROF. Dans cet article, ces schémas sont examinés, résumés, classés et comparés à d’autres algorithmes similaires en termes de complexité et de performances, tout en soulignant les problèmes de recherche courants.