[发明专利]基于基扩展模型的双扩展水声信道多普勒分集通信方法

说明书

本发明提出一种基于基扩展模型的双扩展水声信道多普勒分集通信方法，该方法在发射端采用补零后缀重复码，在接收端采用基消除算法，将时变双扩展衰落信道分解为时不变频率选择性衰落子信道集合。而后，通过多通道判决反馈均衡器来收集多普勒分集增益并抵抗码间干扰，同时结合锁相环路跟踪残余多普勒失真。这种水声通信方案，将传统的接收机设计中通常视作有害分量的多普勒作为分集增益源，有效的提高了接收机的输出信噪比，降低了系统的误码率。同时采用多通道判决反馈均衡器降低了对接收机信道估计的依赖性，并避免了计算复杂度较高的大矩阵求逆运算。

技术领域

本发明是一种用于时变多径水声信道的通信方法，特别涉及一种基于基扩展模型的多普勒分集通信方法。

背景技术

随着水下通信在海底石油勘测、海洋环境监测及海洋灾难救援等方面的广泛应用，对水声通信数据率和可靠性的需求逐渐提高。然而，水下声波传输速率较之无线通信低5个数量级，声波反射、散射产生极大的多径时延扩展，且水下环境时变性较大，水下节点位置不稳定，因而实际水声信道表现为极大的多径时延扩展和多普勒扩展叠加的双扩展信道，被认为是当前最复杂的无线信道之一。

针对这一双扩展信道，目前的处理方法有两种。第一种将多普勒效应模型化为载波频率偏置，采用锁相环路结合自适应判决反馈均衡，可有效的消除相位波动和码间干扰。第二种方法将多普勒效应模型化为各路径相同的多普勒因子，对接收到的时域压缩或扩展信号，通过采样率的转换，来补偿波形失真。这一重采样方法也被应用于低复杂度宽带水下OFDM系统，以补偿不同子载波间的不同载波频率偏置。然而，对于实际的时变水声信道而言，模型化为载波频率偏置或各路径相同的多普勒因子都过于理想：其中，采用模型化为载波频率偏置方法时，由于水下环境时变性较大，水下节点位置不稳定，导致该方法误码率高，载波间干扰大；而采用各路径相同的多普勒因子方法时，由于水下环境，尤其是海洋环境是各向异性的，实际中的各路径是不相同的，导致采用同一因子进行补偿时，误差较大。

发明内容

为了克服现有多普勒补偿技术的不足，针对实际水声信道表现出的多径时延扩展和多普勒扩展叠加的双扩展特性，申请人考虑采用基扩展模型(BEM)，通过基函数的时不变系数的加权和来表示信道的时变特性，进而提出一种通过基于基扩展模型，利用多普勒分集方法来实现可靠的数据传输的水声通信方法。

该方法在发射端采用补零后缀重复码，在接收端采用基消除算法，将时变双扩展衰落信道分解为时不变频率选择性衰落子信道集合。而后，通过多通道判决反馈均衡器来收集多普勒分集增益并抵抗码间干扰，同时结合锁相环路跟踪残余多普勒失真。这种水声通信方案，将传统的接收机设计中通常视作有害分量的多普勒作为分集增益源，有效的提高了接收机的输出信噪比，降低了系统的误码率。同时采用多通道判决反馈均衡器降低了对接收机信道估计的依赖性，并避免了计算复杂度较高的大矩阵求逆运算。

本发明的技术方案为：

所述一种基于基扩展模型的双扩展水声信道多普勒分集通信方法，其特征在于：包括以下步骤：

步骤1：将要发送的调制信息，通过重复编码和随机交织后进行补零，获得待发送的发射端基带信号，而后将待发送的发射端基带信号经过D/A转换和载波调制后发射到水声信道；

步骤2：利用基扩展模型对水声信道进行建模，得到接收端基消除矩阵；

步骤3：根据步骤2得到的接收端基消除矩阵，在接收端对经过载波解调和A/D转换的信号进行解交织与基消除；

步骤4：将步骤3获得的基消除后的信号分离为不同基函数所对应的支路信号；

步骤5：对步骤4分离获得的不同基函数所对应的支路信号，通过多通道判决反馈均衡结合锁相环相位跟踪，获得信息估计。

进一步的优选方案，所述一种基于基扩展模型的双扩展水声信道多普勒分集通信方法，其特征在于：