[发明专利]UDDF水声通信协作方法及多分支合并与均衡频域联合实现方法

说明书

本发明涉及一种基于频域处理的水声协作通信系统，具体的说是一种UDDF水声通信协作策略及多分支合并与均衡频域联合实现方法，其中首先提出了一种异步水下解码和分布式频率转发的水声通信协作策略，在UDDF水声通信协作策略中，由于源节点和中继节点使用的载波频率不同，目的节点可在频域区分来自源节点和中继节点的信号，因而源节点和中继节点间的IDI，在理论上是可以消除的；而后，基于UDDF水声通信协作策略，提出了一种自适应多分支合并与均衡频域联合实现方法。

技术领域：

本发明涉及一种基于频域处理的水声协作通信系统，具体的说是一种使目的节点可以在频率区分来自源节点和中继节点的信号，进而消除源节点和中继节点间的IDI的UDDF水声通信协作方法及多分支合并与均衡频域联合实现方法。

背景技术：

水声信道(UAC,Underwater acoustic channel)是迄今为止最为复杂的无线信道之一。UAC中的信号传输具有传播延迟长，带宽受限和多径延迟扩展大的特点，这对实现可靠的水下声通信链路带来了挑战。

为了提高水声通信链路的可靠性，近年来出现的协作通信技术为解决该问题带来了契机。在协作通信中，源节点的信号在中继节点的帮助下发送到目标节点。因此，目的节点接收到来自直接路径和中继路径的多个信号。多个信号的合并将在一定程度上影响协作通信的性能。在水声协作通信研究中，现有方案大多采用等增益合并(EGC,Equal gaincombining)和最大比合并(MRC,Maximum ratio combining)。与EGC相比，MRC可获得更好的性能，但其需要假设节点间的信道状态信息(CSI,Channel state information)是已知的。对于实际的水声通道来说，CSI是很难获得的。考虑到UAC中较长且可变的传播延迟，现有技术中已经提出了异步水下放大转发(UAF,Underwater amplify-and-forward)和水下解码转发(UDF,Underwater decode-and-forward)，其假设了在来自于源节点和中继节点的接收信号中，码间干扰(ISI,Inter-symbol interference)和数据包间的干扰(IDI,Interdata-packet interference)是不存在的。对于这两种协作模式，中继节点在对来自源节点的接收信号处理后，立即将之转发给目的节点，而不是像在陆上无线通信中的放大转发(AF,Amplify-and-forward)和解码转发(DF,Decode-and-forward)那样，等待下一个时隙再转发。然而，由于UAC变化的传播延迟且多径延迟扩展较大，IDI和ISI的存在是不可避免的。为了消除ISI，时域或频域均衡已用于水声通信中。水声通道多径延迟扩展时间较大，时域均衡为了获得更好的性能，需较长的抽头长度，从而会导致实现复杂度高。频域均衡(FDE,Frequency-domain equalization)可有效降低实现复杂度。但在现有技术中，研究均针对非协作通信系统，这意味着没有中继参与信息的传输。据我们所知，面向水声协作通信的频域均衡研究还很缺乏。

发明内容：

本发明针对现有技术中存在的缺点和不足，提出了一种异步水下解码和分布式频率转发(UDDF,Underwater decode and distributed-frequency forward)的水声通信协作算法，在UDDF水声通信协作算法中，由于源节点和中继节点使用的载波频率不同，目的节点可在频域区分来自源节点和中继节点的信号，因而源节点和中继节点间的IDI，在理论上是可以消除的；而后，基于UDDF水声通信协作算法，提出了一种频域联合多分支合并均衡检测方法(FD-JMCED,Frequency-domain joint multi-branch combining andequalization detector)。

本发明通过以下措施达到：