正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法技术

本发明专利技术公开了一种正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法，利用水声信道的稀疏性质实现对远端用户频域扩频码的重建，并将重建结果作为近端用户的导频信息对近端用户信号进行均衡，并通过SIC技术消除远端用户对近端用户的干扰，从而实现在不添加导频冗余的条件下完成对近端用户信息的解调，有效的解决了NOMA通信过程需要添加导频而引起的通信效率下降问题，适合通信带宽资源紧缺的水声通信。

【技术实现步骤摘要】
正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法
本方法涉及NOMA水声通信技术的研究，更为具体的讲，针对正交多载波码域非正交多址水声通信技术需要添加导频估计信道导致的通信效率降低的问题，提出了一种适合下行广播信道近端用户非正交多址接入无导频信道估计方法，应用于水声通信领域。
技术介绍
受水声通信远近场效应的影响，位于水声局域网络边缘节点信噪比低、性能较差。在正交多址传输时，如果单纯的追求系统的容量最大化，则位于水声通信网络边缘节点被调度的机会很小；如果为了提高水声通信网络边缘节点的吞吐量而提高边缘用户的功率或增加传输带宽，则系统的容量会相应的降低。因此有着高频谱利用率的正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术结合可以在水声网络子节点在机会平等的前提下，实现通信网络信道容量提升的非正交多址接入(Non-orthogonalMultipleAccess，NOMA)技术近年来逐渐受到关注。受浅水水声信道多径传播影响，NOMA信道的频域响应呈现梳状周期性衰落，通信系统需要添加导频信息以实现对时变水声信道响应的估计与跟踪，导致水声通信效率的显著下降。针对水声信道的大传播时延、信道时变的特点导致的信道反馈信息时变的问题提出了一种适用于水声下行通信的OFDM调制叠加编码方法，该方法通过发送端利用用户信道统计特征为两用户分配功率，利用导频实时追踪水声信道的缓慢时变。在两用户信噪比差异较大时、在相对公平的资源分配情况下，该方法可以获得比发送端具有完美信道信息的正交接入方法更大的可达速率区域，但是该方法需要通过添加梳状导频实时跟踪信道从而导致通信效率下降。在梳状导频信道估计方法中，经过水声信道传播的NOMA下行广播信道信号受信道频域梳状滤波的干扰，因此需要添加导频信息估计信道并对接收信号进行均衡，才能在接收端利用匹配滤波的方法实现对信号的积分解调，使得通信带宽资源紧缺的水声通信可利用的通信带宽更窄，从而影响通信效率。
技术实现思路
本方法的目的在于提供一种适合下行广播信道近端用户非正交多址接入无导频信道估计方法，其在不添加导频信息的前提下实现对近端用户信道的估计和信号解调，从而有效提高了通信效率。本专利技术中方法的核心思想是利用水声信道的稀疏性质实现对远端用户频域扩频码的重建，并将重建结果作为近端用户的导频信息对近端用户信号进行均衡，并通过SIC技术消除远端用户对近端用户的干扰，从而实现在不添加导频冗余的条件下完成对近端用户信息的解调。本专利技术的方案如下：一种正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法，包括以下步骤：A.远端用户发送包含有扩频数据的信号，近端用户接收信号并进行时频变换；B.近端用户将时频变换后的信号进行扩频识别；C.根据步骤B识别的扩频信号，结合过完备字典，通过稀疏特性寻找远端用户发送的扩频对应的M元扩频码序号，通过寻找的扩频码序号进行信道重建；D.通过功率分配对近端用户接收的信号进行串行干扰消除，得到消除干扰后的接收信号；E.对消除干扰后的接收信号进行解调。进一步地，所述步骤C包括以下步骤：C1.定义为当时的信道估计值，可表示为：其中，为近端用户接收端接收到的第t个OFDM符号中所携带的第i(i∈[2I])个远端用户信号中第q个传输的扩频；Pm为扩频长度为N的M元扩频矩阵P的行向量，Pm＝[pm,0,pm,1,…,pm,N-1]中的元素pm,n按照事先约定的映射规则分布在单位圆上(即||pm,n||＝1，n＝0,1,2,…,N-1)；fest(·)表示信道估计，为扩频的响应；C2.构建由多个原子Φ构成的过完备字典Ψ，利用匹配追踪稀疏信道估计技术对信道估计结果进行匹配估计，得到对应的加权因子存储向量C3.根据扩频码识别原理，寻找第t个OFDM符号中所携带的第i个远端用户信号中第q个传输的扩频对应的M元扩频码序号m'，即寻找最大值所对应的m'；其中，为第t个OFDM符号中所携带的第i个远端用户信号中第q个传输的扩频对应的M元扩频码序号m'；C4.当所有非近端用户扩频解码和信道编码校验完成后，对非近端用户校验完成的信息进行信道编码和扩频编码得到各个非近端用户传输的频域信息，将各个用户的频域信息加和后得到频域响应C5.根据及接收信号Y1对近端用户接收信号经过的信道进行估计得到进一步地，所述步骤D包括以下步骤：D1.对接收信号Y1进行信道均衡得到然后根据公式对进行SIC解调得到近端用户接收信号其中α是分配给节点1的功率分配因子。采用以上技术方案，本申请具有以下技术效果：本方法可以在不添加导频信息的前提下实现对近端用户信道的估计和信号解调，充分利用了远端用户的传输信息，通过无导频的扩频识别方法实现对远端用户信号的重建，并将其作为导频利用匹配追踪的技术实现对近端用户信道的估计，从而实现对近端用户数据的解调，有效的解决了NOMA通信过程需要添加导频而引起的通信效率下降问题，由于不需要导频，因此传输数据的更大，特别适合通信带宽资源紧缺的水声通信。附图说明图1近端用户信号解调方法框图。图2近端用户仿真信道冲激响应。图3远端用户仿真信道冲激响应。图4无导频信道估计结果对比。图5梳状导频信道估计结果对比。图6远端用户两种扩频检测方法性能比较。图7近端用户两种水声信道估计方法性能比较。图8近端用户信道响应。图9远端用户信道响应。图10近端用户与发送端相对速度。图11远端用户与发送端相对速度。图12远端用户两种方法解调效果对比。图13近端用户两种方法解调效果对比。具体实施方式下面将结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本专利技术保护的范围。下面结合附图与具体实施方式对本方法做更详细的说明。1、扩频码识别原理考虑扩频长度为N的M元扩频矩阵P：其行向量Pm＝[pm,0,pm,1,…,pm,N-1]中的元素pm,n按照事先约定的映射规则分布在单位圆上(即||pm,n||＝1，n＝0,1,2,…,N-1)，利用一个包含有K个子载波的OFDM符号中的N个子载波对Pm进行载波调制得到时域信号s，S为其频域响应。假设信号s通过一个具有稀疏性质的信道h，在接收端得到r。若信号的循环前缀长度大于信道h的最大多径时延，信号r的频域响应R可表示为：RQ＝QH+V(2)其中H为信道h的频域响应，V为频域噪声干扰。接收端仅有R已知。此时利用矩阵P中M个样本分别对H进行估计，此时利用第m'个扩频样本估计得到的信道可表示为：其中(·)H表示共轭转置，当且仅当m′＝m时，此时信道的估计的时域响应是稀疏的。由于矩阵P是经过设计的M元扩频矩阵，当m′≠m时，可以认为是具有近似于噪声的性质，因此的时域响应是非稀疏的。通过利用浅海水声信道的稀疏特性等先验知识，可以在信道响应未知的状态下，有效地识别发送端传输的向量Pm。2、稀疏信道重建原理浅海水声信道通常具有稀疏性质，因此可以利用匹配追踪(matchingpursuit,MP)技术实现对水声信道H的重建。假设Ψ是过完本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：A.远端用户发送包含有扩频数据的信号，近端用户接收到信号并进行时频变换；B.近端用户将时频变换后的信号进行扩频识别；C.根据步骤B识别的扩频信号，结合过完备字典，通过稀疏特性寻找远端用户发送的扩频对应的M元扩频码序号，通过寻找的扩频码序号进行信道重建；D.通过功率分配对近端用户接收的信号进行串行干扰消除，得到消除干扰后的接收信号；E.对消除干扰后的接收信号进行解调。

【技术特征摘要】
1.一种正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法，其特征在于，包括以下步骤：A.远端用户发送包含有扩频数据的信号，近端用户接收到信号并进行时频变换；B.近端用户将时频变换后的信号进行扩频识别；C.根据步骤B识别的扩频信号，结合过完备字典，通过稀疏特性寻找远端用户发送的扩频对应的M元扩频码序号，通过寻找的扩频码序号进行信道重建；D.通过功率分配对近端用户接收的信号进行串行干扰消除，得到消除干扰后的接收信号；E.对消除干扰后的接收信号进行解调。2.根据权利要求1所述的正交多载波码域非正交多址水声通信下行链路近端用户无导频信道估计方法，其特征在于，所述步骤C包括以下步骤：C1.定义为当时的信道估计值，可表示为：其中，为近端用户接收端接收到的第t个OFDM符号中所携带的第i(i∈[2I])个远端用户信号中第q个传输的扩频；Pm为扩频长度为N的M元扩频矩阵P的行向量，Pm＝[pm,0,pm,1,…,pm,N-1]中的元素pm,n按照事先约定的映射规则分布在单位圆上(即||pm,n||＝1，n...

【专利技术属性】
技术研发人员：王巍，杨腾，钱斌，毕坤，
申请(专利权)人：苏州桑泰海洋仪器研发有限责任公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32