一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法技术方案

本发明专利技术提供一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法，具体涉及利用水声信道固有的稀疏性以及基于匹配追踪信道重建技术的边带信息盲检测器来解决PTS算法需要传输边带信息的问题。本发明专利技术采用不同位置分布的梳状导频携带加权因子选择信息，通过匹配追踪技术对接收到的不同导频频域响应进行重建，结合浅海水声信道固有的稀疏特性实现高可靠性的加权因子盲检测，保证了通信系统的可靠性。由于本发明专利技术中所采用的匹配追踪信道重建技术所需梳状导频数目较少且无需均匀，改进的PTS峰均比抑制算法相较于传统PTS算法有着更优的PAPR抑制性能，同时更进一步的提高了通信频带利用率和通信效率，十分适合于带宽资源紧张的水声通信系统。

A new algorithm for peak to average rejection ratio of partial transmission sequence for non sparse underwater acoustic OFDM communication system

The invention provides a method for sparse OFDM underwater acoustic communication system without side information of the partial transmit sequence paprreduction algorithm, specifically relates to the use of sparse underwater acoustic channel and the inherent channel matching pursuit reconstruction of side information blind detector to solve the PTS algorithm need to transmit side information based on the problem. The invention adopts the different position distribution of comb pilot with weighting factor selection information, through different pilot frequency matching tracking technology on the received response reconstruction, with sparse characteristics of shallow water acoustic channel to achieve the inherent weighting factor of blind detection and high reliability, ensure the reliability of communication system. Because the present invention adopts channel matching pursuit reconstruction technique required to comb pilot less number and no uniform, improved PTS paprreduction algorithm compared with the traditional PTS algorithm has a better performance of PAPR suppression, but also further improves the communication bandwidth utilization and communication efficiency, is suitable for underwater the communication system bandwidth resources.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法，属于水声正交频分复用(OFDM)通信系统。
技术介绍
影响MIMO-OFDM在水声通信中广泛应用的一个重要障碍是其存在高峰值平均功率比(Peak-to-average-power-ratio，PAPR)的缺陷。OFDM系统对峰均比的敏感使得系统内部的一些部件(如功率放大器等)的动态范围和非线性失真等必须满足非常高的要求，使得设备成本大幅提升。且水声换能器发射功率有限，OFDM信号的高峰均比严重限制了发射功率的有效利用率，减小了通信信号的传输距离以及接收信噪比，因此，采用PAPR抑制算法降低PAPR对于功率受限、环境背景噪声大的水声通信是十分必要的。常规的PAPR抑制算法有信号预畸变类、编码类和概率类技术，其中信号预畸变技术由于引入信号的畸变会导致系统误比特率(BER)性能的下降，这对于因信道条件复杂本身BER性能就需要靠各种编码技术来保证的水声通信来说，是很难接受的。而编码类技术由于码字选择的限制在水声OFDM通信中并未得到广泛应用。概率类技术由于其利用相位旋转降低PAPR，不会引入BER性能损失的特性得到了广泛应用。但其缺点是需要将所选择的相位加权因子或相位旋转序列的序号作为边带信息(SI)传输给接收端，降低了数据传输效率，且容易导致由于SI错误而导致的整符号误码情况。部分序列传输技术(Partial Transmitted Sequence，PTS)的基本思想是将原始序列分割成V个不相交子块，分别附以不同的加权系数后合并，通过改变权重向量使PAPR尽可能小。PTS技术的原理框图如图1所示。输入数据符号X＝[X0,X1,…,XN-1]首先被划分成V个子块，对每个子块进行相位加权及合并，得到其中bv＝ejφv,v＝1,2,...,V为加权系数，称为边带信息。快速傅里叶逆变换(IFFT)后得到时域OFDM符号其中，bv的选择应满足argmin(·)表示取使·最小的bv值。该方法的PAPR抑制效果较好且并没有误比特率性能损失，不足之处在于需要进行多次的IFFT变换，计算复杂度较高。并且为了准确的恢复原始数据，需要将发射机所采用的辅助信息准确无误的传递到接收机。一旦辅助信息发生错误，会导致一个符号中所携带的信息全部错误，因此需要对该信息进行特殊的编码，或者多次重复发送以保证在接收端能够准确地恢复信号。这样就需要传输大量的边带信息，导致系统通信效率的降低以及频带的浪费。本专利针对上述方案，进行了更深入的研究和创新，专利技术了一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法。该算法以部分传输序列算法为基础，采用不同位置分布的梳状导频携带加权因子的选择信息，通过匹配追踪技术对接收到的不同导频频域响应进行重建，结合浅海水声信道固有的稀疏特性实现高识别度的加权因子盲检测。且采用压缩感知的信道估计方法能够有效的减少梳状导频的插入数目，更进一步的提高了通信频道利用率和通信速率。本专利中提出的PTS算法能够在不损失传统算法峰均比抑制性能的基础上，有效地提高了频带利用率和系统的稳定性，十分适用于带宽资源紧张的水声通信中。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了提供一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法，利用水声信道固有的稀疏性以及基于匹配追踪信道重建技术的边带信息盲检测器使得部分传输序列峰均比抑制算法摆脱边带信息的限制。本专利技术的目的是这样实现的：步骤一：在数据发送端有M组导频位置分别对应不同相位加权因子{b1,b2,…,bv本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法，其特征在于：步骤一：在数据发送端有M组导频位置分别对应不同相位加权因子{b1,b2,…,bv}的M种形式，原始数据为XD，经过相位加权后数据子载波位置的信号可表示为其中上标m表示序号值，0≤m≤M；步骤二：将经过相位加权后的数据序列与梳状导频序列XP按照对应位置Pom分别组成候选OFDM符号Xm；步骤三：对候选OFDM符号进行快速傅里叶逆变换得到时域信号xm，并选择其中PAPR值最小的符号作为传输符号；步骤四：在接收端对接收信号进行快速傅里叶变换得到频域数据Y(k)，分别提取M组不同导频位置所对应的频域接收信息YPm，获得M组信道部分频域响应估计信息步骤五：通过匹配追踪算法匹配信道，恢复出M组信道时域冲激响应并分别进行归一化，得到步骤六：分别计算的自相关系数，选取其中最小值所对应的m值作为相位加权因子的序号值；步骤七：利用得到的相位加权因子的序号值对接收频域信号进行反相位旋转、均衡、解映射、解码后，恢复发送数据，实现无边带信息传输的部分传输序列峰均比抑制算法。

【技术特征摘要】
1.一种适合于稀疏水声OFDM通信系统的无边信息的部分传输序列峰均比抑制算法，其特征...

【专利技术属性】
技术研发人员：乔钢，邢思宇，刘凇佐，周锋，孙宗鑫，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23