[发明专利]一种单载波多用户水声通信方法

说明书

本发明公开了一种单载波多用户水声通信方法，基于单载波相移键控调制体制，将多个用户的通信信息调制在载波相位上，信源比特信息通过卷积编码器进行信道编码，再采用随机交织器交织，确定接收端通信信号的解码流程，通信接收机采用基于软干扰消除的迭代信道估计器，将接收信号中的干扰用户信号重构并消除，利用产生的信号更新期望用户的信道，被动时间反转镜将消除干扰后的多通道信号合并为单通道信号，在压缩多途信道的同时提高期望用户信噪比，再将单通道信号输入自适应turbo均衡器中，软均衡器输出的符号经过信道解码器解码后输出比特数据，接收机再经过多次迭代实现解码，能够进行用户数较多的数据解码且接收机计算复杂度较低。

技术领域

本发明涉及一种单载波多用户水声通信方法，特别是一种基于迭代软干扰消除的单载波多用户水声通信方法，属于水声通信领域。

背景技术

无人潜航器被广泛应用于海洋资源开发、海洋环境观测、情报收集、装备预置、探测预警等领域，并逐渐形成多无人潜航器协同观测模式。但是，随着任务内容和复杂度的上升，单一的无人潜航器已很难满足日益增长的需求。这使得以多潜航器组成水下集群协同执行任务成为必然的发展方向。

与发展较为成熟的单用户水下通信技术相比，用来支持水下集群通信的多用户通信技术仍然面临较多的困难和挑战，例如水下环境中严重受限的带宽，长达几十毫秒甚至上百毫秒的多途时延信道，相比于无线电通信更加严重的多普勒扩展，信道的快速时变性以及强烈的多址干扰。当水下多用户通信系统的用户数量增多时，多址干扰会逐渐成为影响水下多用户通信机性能最重要的因素。许多技术用来实现水下多用户通信系统，其中直接扩频序列码分多址技术被认为是最具发展前景的技术之一，但是该技术的数据速率过低，无法满足未来场景中各种应用的高速数据传输要求。而交织分多址作为与码分多址相似的技术，被证明在性能上优于基于长码和短码的码分多址系统，但是其仍然面临码率较低且计算复杂度较高等问题。正交频分复用技术作为无线电通信中最关键的技术之一，因为其能够灵活地为各个用户分配子载波和功率而受到广泛的研究。但是正交频分复用技术具有较高的峰均功率比，而且对载波频率偏移十分敏感，这都使得其在水声多用户通信中的应用受到巨大的限制。相比之下，单载波多用户通信系统具有较高的通信速率，并且在峰均功率比和对抗载波频率偏移等方面具有优势，能够满足未来应用对水下多用户通信的需求，但是单载波多用户通信系统面临强多址干扰的巨大挑战。

如何在快速时变的水声信道中且具有强多址干扰的条件下，对单载波多用户通信数据进行高性能解码，成为水声通信技术中重要的技术问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种基于迭代软干扰消除的单载波多用户水声通信方法，能够进行用户数较多的数据解码且接收机计算复杂度较低。

为解决上述技术问题，本发明的一种单载波多用户水声通信方法，包括以下步骤：

步骤1：输入：第i块接收信号y_m,i，m∈[1,M]，M为接收阵元数，全部用户的导频向量X_n，其中，n∈[1,N]，N为用户的数量，即发射天线数，根据信道参数将接收数据划分为N_B个数据块、迭代次数Iter，i∈[1,N_B]；

步骤2：信道和参数初始化，具体为：根据反馈的软信息，计算反馈符号更新迭代次数Iter，利用MMSE信道估计算法进行初始信道估计，得到其中m∈[1,M]，表示发射阵元n与接收阵元m之间的信道，“1”表示第“1”个数据块；

步骤3：块间干扰消除，消除因为缺少保护间隔而产生的前一个数据块对当前数据块的影响；

步骤4：连续干扰消除，利用上一次迭代反馈的先验符号以及估计的信道重构多址干扰其中l∈[1,N],l≠n，n表示期望用户索引值，l表示干扰用户索引值，并对多址干扰的进行幅度补偿和时间延迟，最后从接收信号中减去，得到仅包含期望信号和噪声的多通道数据