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水声信道主要特点是丰富的多径传播和很有限的带宽，多输入多输出(MultipleInputMultipleOutput)技术为提高这种散射丰富信道的信息传输能力提供了一个新的方向。本文的基本目的就是研究MIMO技术在水声信道中的应用潜力，首先通过信道建模对几种典型的水声MIMO信道容量进行了研究，然后对浅海水声MIMO信道容量进行了现场测量和建模解释，并以时间反转技术为例，研究了低复杂度的MIMO实现技术。
主要内容和贡献概括如下：(1)采用WKB近似的单声线模型和虚源模型分别对典型的深海和浅海水声MIMO信道容量进行了计算，发现MIMO信道容量主要由信道中多径的丰富程度和收发阵元间距决定，随着多径丰富程度的增加，获得相同的MIMO信道容量需要的收发阵元间距越小。
(2)通过发射端运动的三维声线角度扩展模型研究了空时相关性对水声MIMO信道容量的影响，发现时间相关性对信道容量的影响与帧长T有关，信道响应的空间相关性与阵元间距和角度扩展有关，随着空间相关性的增加MIMO信道容量会减小。
(3)通过相关Rician模型研究了以海面散射为主的水声MIMO信道容量，发现散射丰富的Rayleigh信道容量并不总是大于具有确定成分的Rician信道容量，当Rician因子较大时，对于较小的阵元数和接收信噪比，RicianMIMO信道容量将大于Rayleigh衰落的信道容量。
(4)对浅海中28×3的水声MIMO信道容量进行了现场测量，从信道容量的计算结果可以看到，当发射阵元数固定不变时，信道容量会随着接收阵元的增加而基本上线性增加。
(5)分别采用Rayleigh模型和Rician模型对实验MIMO系统的信道容量进行了估计，发现Rician模型的MIMO信道容量的估计结果与测量结果更加接近。另外，还利用随机收发阵元位置的射线模型进行了信道容量的估计，与现场测量的结果基本一致，但这种模型在反映浅海信道的随机性上还有一定不足。
(6)对时间反转MIMO系统在典型浅海信道中同道干扰和码间干扰的抑制能力进行了分析和计算，可以看到在海底衰减较小的浅海信道中具有比室外无线信道更丰富的多径，从而时间反转系统可以获得更好的空间聚焦性能和同道干扰抑制能力。另外，增加时间反转阵元数和收、发阵元间距可以使时间反转MIMO系统的干扰抑制能力增强。