[发明专利]一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法

说明书

本发明涉及一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法，将OSDM矢量内预编码所获得的频域分集增益与时域过采样相获得的频率分集增益结合的能力，与传统的符号率采样OSDM系统相比，该系统的矢量内频率分集增益更高。在这种情况下，每个OSDM符号矢量都等价地通过多个虚拟信道进行传输。因此在接收端，对于每个矢量的均衡处理与多元接收具有相似的结构。数值仿真结果可以很明显看出相较于传统OSDM系统而言，本发明所提出的时域过采样OSDM系统性能得到较明显的提升。此外，通过利用复合信道矩阵分解，本发明所使用的均衡算法具有近似线性的计算复杂度，使得所提出的时域过采样OSDM系统具有实用价值。

技术领域

本发明属于水声通信领域，涉及一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法，具体涉及一种适用于多径时变水声信道的时域过采样正交信分复用方法。

背景技术

水声信道目前被公认为是最具挑战性的无线通信媒质之一。声波较低的传输速率(1500m/s)会引起长时间的多径延迟扩展，这一延迟通常跨越几十个水声通信符号间隔，从而导致严重的符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)。为了克服这种干扰并实现高速率传输，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)及其频域均衡技术在水声通信领域得到了广泛的应用。

与传统的单载波时域均衡相比，OFDM技术的频域均衡算法具有较低的复杂度，因其可将频率选择性衰落信道转换为一系列并行平坦信道，并通过简单的单抽头频域均衡消除ISI。然而，OFDM的一个显著问题是其峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)较高。与之相比，当前的另一项单载波频域均衡(Single-Carrier Frequency-DomainEqualization,SC-FDE)技术虽能够实现较低的PAPR，但其带宽分配和功率分配不够灵活。

在此方面，正交信分复用(Orthogonal Signal-Division Multiplexing,OSDM)是一种新兴的调制方案，其建立了一种泛化的调制框架并将OFDM与SC-FDE统一为其中的两个极端特例。具体而言，OSDM算法在一个数据块内，将K＝MN个符号分割为N个长为M的符号矢量，通过逐M元素进行N点离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete Fourier Transform,IDFT)实现调制。由于M和N的取值可以根据实际情况进行灵活配置，因此OSDM调制方法在平衡系统设计需求方面具有更高的自由度。此外，与传统的OFDM技术相比，OSDM可以有效地降低PAPR，并可同时引入多径分集增益。

现有的OSDM研究主要针对频率选择性衰落信道，在此情况下，符号矢量之间仍然可以保持正交性，从而允许在接收端对每个矢量独立进行均衡处理以恢复原始数据。然而，当OSDM系统引入多普勒失真时，符号矢量间的正交性会被破坏，从而产生类似于OFDM载波间干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)的矢量间干扰(Inter-Vector Interference,IVI)，系统性能显著降低。此外，部分研究工作表明在OSDM系统发射端进行空频编码可实现发射分集增益。为此，本发明设计了一种适用于多径时变水声信道的时域过采样OSDM系统，其中每个OSDM符号矢量等效地在多个虚拟信道上传输，从而可以实现增强矢量内部频率分集的效果。同时，通过数值仿真模拟对所提出的OSDM系统性能进行评估，验证了其在多径时变水声信道中的有效性。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法，降低发射信号的峰均功率比，并引入多径分集增益。

技术方案