[发明专利]一种基于空时频编码及被动时反接收的水声MIMO通信方法

说明书

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种稳健高速的水声通信方法。

背景技术

作为一种灵活有效的水下信息无线传输手段，水声通信无论在军事还是民用领域都有着广阔的应用前景。尤其是近年来，随着海洋开发和信息产业的快速发展，人们对高速水声通信的需求变得日益迫切。但由于水声信道是十分复杂的时空频变随机多径信道，存在带宽窄、噪声高、起伏大等诸多不利因素，使得在水下实现高速可靠通信变得尤为艰难，由此也导致水声通信所能达到的通信速率水平一直远远滞后于空间无线通信。

带宽资源匮乏和严重的多途干扰是限制水声通信速率提高的两大主要因素。为提高带宽利用率，水声通信的研究重点已由非相干通信转向相干通信。目前较为成熟的相干通信技术是单载波自适应均衡技术。虽然相比于非相干通信，该技术的带宽效率已有较大提高，但由于在发射端仅采用单个换能器发送信号，其效率提高毕竟有限。而作为水声通信领域的一项最新技术，在发射端和接收端同时采用多个阵元进行多发多收的水声MIMO（Multiple-Input Multiple-Output，多输入多输出）通信技术，通过充分开发空间资源，可使系统带宽效率获得成倍提高，因而被视为最具发展潜力的高速水声通信技术。

为实现更高的传输速率，水声MIMO通信系统通常在发射端采用分层空时编码进行调制，该编码技术的优点是具有极高的带宽效率，其效率可随发射阵元个数增加而呈线性增加。其缺点是由于在接收信号中同时存在有码间干扰和同信道干扰，因而其解码性能往往不够理想。基于分层空时编码的水声MIMO通信系统的传统接收技术为自适应空时均衡技术，该技术的缺点是含有两个用户可调参数，而且算法对两参数的选择非常敏感，参数稍有偏差，极易导致均衡失败。

发明内容

本发明的目的正是要克服上述技术的不足，而提供一种发射端基于新的空时频编码调制、接收端基于多阵元被动相轭时反处理的稳健高速的水声MIMO通信方法。与现有一些基于分层空时编码或分组空时编码的水声MIMO通信方法不同，这种方法由于在发射端采用了一种新的空时频编码调制技术，其在分层空时编码的基础上进一步引入频域编码，将不同发射阵元所发送信号分别调制到彼此正交且相互交叠的不同载波上，可有效消除接收端的同信道干扰。在此基础上，采用不含可调参数的多阵元被动时反技术，来有效抑制多径扩展引起的码间干扰，同时提高接收端信噪比，因而可使系统的稳健性及解码性能获得显著改善。

本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种基于空时频编码及被动时反接收的水声MIMO通信方法，具体包括如下步骤：

步骤一：在水声MIMO通信系统的发射端，对信源数据流采用新的空时频编码进行调制，即对于具有N（N≥2）个发射阵元的水声MIMO通信系统，首先利用串并转换将信源数据流按发射阵元个数分割为N个子数据流，然后将各子数据流分别调制到彼此正交且相互交叠的N个子载波上，再分别通过各发射阵元同时并行发送出去，假设各阵元发射信号的载波频率分别为f₁,…,f_N，码元周期为T，要使N个子载波彼此正交，需满足

同时为保证系统具有较高的带宽效率，相邻子载波的频率间隔需满足

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