名称为用于高相对带宽通信系统时变信道的多采样率自适应均衡技术，所属技术领域为通信工程。本项技术是提供一种用来处理高相对带宽通信系统时变信道影响的自适应滤波技术。通过反复“刷式”更新过程，在Turbo软解码器的辅助下，对相位和滤波权重进行调整。重采样(Resampling)结构对于信道矩阵的特征值(Eigenvalue)具有向“1”处收敛的作用，明显改善了信道矩阵的条件数(condition number)。经过滤波后，观察滤波符号的星座图可以看出对于BPSK的发送符号，带有重采样结构的结构可以较为清楚的恢复出BPSK的星座分布，其中重复刷式更新可以进一步优化滤波效果。可以用于推动海底石油勘探、潜艇水下通信、水下传感器远程采集、海洋污染监测、海岸水下监测网、水下无人机器人控制等领域的发展。
【技术实现步骤摘要】
所属
通信工程。
技术介绍
无线通信系统大多采用低相对带宽系统，即通信系统的频率绝对带宽与载波的中心频率的比值较低(例如＜10％)。比如，当前广泛采用的基于IEEE 802.11标准的WiFi无线局域网络设备的中心频率为fc＝2.4GHz，而其标准基带带宽只有W＝20MHz，其相对带宽只有大概λ＝W/fc＝0.83％。与之相对的，高相对带宽的通信系统的绝对带宽与载波的中心频率的比值一般超过25％，比如追求高分辨率的超宽带雷达系统。其他高相对带宽的通信系统还包括军事领域的超/极低频无线电通信系统，和远距离水下声波通信系统。例如采用4kHz～8kHz频段的水声通信系统，W＝4kHz，fc＝6kHz，则相对带宽高达λ＝66％，是一个典型的高相对带宽通信系统。高速运动的通信终端将对通信系统都带来多普勒效应，从而带来信道的时变性。在低相对带宽通信系统中，多普勒效应表现为频率偏移，对于这种频率偏移的补偿技术已经得到了充分的研究和成功案例，例如对于基于DVB-H技术的移动电视广播系统、4G移动手机通讯系统等。然而，高相对带宽通信系统如何支持高速运动的通信终端还是一个亟待解决的课题。已经得到证实，在高相对带宽通信系统中，多普勒效应反应的是波形伸缩因子。首先，使用数学方式描述这种伸缩因子的存在。任何时变通信系统都可以描述为：其中为接收信号，为发送信号，为背景噪声，而时变信道的冲击响应可以具体表述为这里的是第l条路径的衰减，而τl(t)代表着伴随第l条路径的随着时间变化的延迟信息。如果我们假设，发送端沿着第l条路径为径向速度分量为vl(T)，而接收端沿着第l条路径为径向速度分量为vl(R)，那么我们可以具体表述τl(t)为这里与时间无关的τl表示第l条路径的初始距离决定的延迟常量，而c则是传播速度，例如水声传播速度大概为c＝1500m/s。按照多普勒现象的物理性质，我们定义与该第l条路径对应的多普勒伸缩因子为αl=c+vl(R)c+vl(T)]]>例如，对于静止发射段(即vl(T)＝0)和20节径向时速的接收端(即大约vl(R)＝10.28m/s)，将会最大产生伸缩因子约αl＝1.0069。至此我们可以修改时变的时延信息为进而将它代入信道的冲击响应h(t，τ)中，我们可以修改一般性的信道模型，重新表达下述的信道模型，表达如下因此可以看出伸缩因子αl对于信号s(t)产生了波形伸缩变形作用。同时由于多条通信路径，这个伸缩因子在不同路径上反映为不同的数值，从而变现为“多伸缩多时延”特点。对于这种时变信道，现在的均衡技术主要可以分为三类。(1)第一类将“多伸缩”时变性使用频率偏移的近似。但实际上，使用频率偏移对多普勒效应进行描述，是低相对带宽通信系统的一种合理近似。但是对于高相对带宽通信系统，这种做法只是一种不合理的近似方式。首先，从通信原理的数学基础上阐明这种做法的不合理性。在忽略加性噪声时，上面带有“多伸缩多时延”信道模型的等价频率域的表达式如下：这里αl＝1+βl，为的傅里叶变换，为的傅里叶变换。如果定义相对径向速度根据传播速度c一般远大于通信终端的速度，我们有那么根据11+β=1-β+β2-β3+...≈1-β]]>我们得到近似R‾(f)=Σlhl‾1+βlS‾(f-βf)e-j2πτf]]>注意，这里的频率f在一定带宽内，即f∈[flow，fhigh]，而带宽W＝fhigh-flow，中心频率则相对带宽为λ＝W/fc。这样频率f的动态范围限制为fc-W2ffc+W2]]>注意，对于低相对带宽系统(即λ＝W/fc＜＜1)，变量βf≈βfc，因此才允许将通信系统公式近似地表述为R‾(f)=Σlhl‾1+βlS‾(f-βf)e-j2πτf→r‾(t)=Σlhl‾αls‾(t-τ)e-j2πωlt]]>其中频率偏移为ωl＝βfc。由上式可以看出，原有的多普勒伸缩因子对于低相对带宽系统的信号s(t)不再具备伸缩作用，而是表现为频率偏移。然而，对于高相对带宽系统，不可能将βf近似为βfc，无法获得上面频率偏移的近似公式。在直观上，我们假设一个只有两个路径的时变信道，并将具有高相对带宽的信号波形通过时变信道，其中第1信道带有伸缩因子α1＝0.99而第1信道带有伸缩因子α1＝1.01。构造该信道的频域信道矩阵如下图1(a)所示，多普勒效应作用于信号后体现为明显的变形。但 是，使用低相对带宽系统的频率偏移来近似的话，如图1(b)显示的是频率的平行移动。因此，两者的区别很明显，即在高相对带宽通信系统中使用频率偏移来近似多普勒效应是不合理的。第二类是使用“单伸缩因子”近似“多伸缩”时变性。这类方法使用单一的伸缩因子和载波频率偏移(CFO)对“多伸缩”时变信道进行近似。例如近几年A.-B.Salberg等在IEEE Transactions on Wireless Communications发表的学术论文《Doppler and frequency-offset synchronization in wideband OFDM》，B.Li等在IEEE Journal of Oceanic Engineering发表的学术论文《Multicarrier communication over underwater acoustic channels with nonuniform Doppler shifts》，S.Yerramalli等在IEEE Transaction on Wireless Communications发表的《Optimal resampling of OFDM signals for multiscale-multilag underwater acoustic channels》，这些前沿的研究工作的共同点是使用单一的伸缩因子的处理方式对高相对带宽通信系统的时变信道进行处理。第三类并不对“多伸缩”时变性进行近似，而是正视这种时变性从而提出处理方式，但是这些工作还需要假设信道信息的已知性，例如Y.Jiang等在IEEE Transactions on signal processing上发表的学术论文《Discrete time-scale characterization of wideband time-varying systems》和A.R.Margetts等在IEEE Transactions on Wireless Communications发表的学术论文《Joint scale-lag diversity in wideband mobile direct sequence spread spectrum systems》在理论上对使用“多伸缩”可以带来的优势做出了阐述。申请人在IEEE Transacti本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种时变信道的均衡技术，其特征是，对于接收到的信号进行多速率(如Ｑ＝3，即三种速率a0，a1，a2)的均衡运算，即首先进行对其进行不同速率的“重新采样”，然后按照镂相环原理分别进行相位调整，再根据递归最小二次方(RLS)算法分别进行自适应滤波运算，并且这个自适应滤波运算的迭代更新是依据判决反馈的方式进行控制的。
【技术特征摘要】
1.一种时变信道的均衡技术，其特征是，对于接收到的信号进行多速率(如Ｑ＝3，即三种速率a0，a1，a2)的均衡运算，即首先进行对其进行不同速率的“重新采样”，然后按照镂相环原理分别进行相位调整，再根据递归最小二次方(RLS)算法分别进行自适应滤波运算，并且这个自适应滤波运算的迭代更新是依据判决反馈的方式进行控制的。2.根据权利要求1所述的时变信道的均衡技术，其特征是，所述的“重新采样结构”包括对射频信号的中间频率的变速处理以抵消载频频偏的问题，然后通过变速后的p(aqt)匹配滤波和Ts/aq采样周期实现对基带信号的重新采样。3.根据权利要求1和2所述的时变信道的均衡技术，其特征是，所述的“相位调整”和“自适应滤波器”是针对每路重新采样结构都单独配置一...
【专利技术属性】
技术研发人员：许涛，
申请(专利权)人：许涛，曹义铭，
类型：发明
国别省市：天津;12
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