一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法技术

一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，属于水声通信技术领域。本发明专利技术对接收信号r(k)进行带通滤波，经ADC转换成数字信号，下变频和低通滤波等前端处理后，利用模糊函数法估计平均多普勒，经重采样和频率校正后，对信号多路复用、时域均衡和频域均衡，分集合并后采用OMP‑DCD算法进行残余多普勒补偿，采用迭代信号处理技术，通过软入软出映射/解映射、交织器/解交织器将LDPC译码器与均衡器级联，在这两个模块中实现密切的信息交互，充分利用往复传递的软信息，有效抵抗时变双扩信道的干扰。本发明专利技术在复杂度和性能方面能较好的折中，高效解决传输过程中严重的符号间干扰、载波间干扰、导频‑数据干扰等问题，复杂度低能够在DSP处理器上实时实现。

A High Spectrum Efficiency OFDM Underwater Acoustic Communication Method in Time-varying Dual-spread Channel

【技术实现步骤摘要】
一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法
本专利技术属于水声通信
，具体涉及一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法。
技术介绍
OFDM是一种多载波传输方案，其主要思想是将可用带宽划分成大量的具有载波频率的子带，通过串并转换把高速串行数据变换到并行的正交子信道上传输，通过增加符号周期有效抵消码间干扰的影响，同时其在频域处理信号的方式为接收端均衡器的实现降低了复杂度，具有抗多途能力强、频带利用率高、通信速率快和实现复杂度低等优点。OFDM水声通信系统主要围绕同步、信道估计、高效纠错码、多普勒估计与补偿等关键技术展开研究，以充分发挥OFDM技术的性能。早期的OFDM通信系统是由S.Coatelan设计的，W.K.Lam等人最早提出完整的OFDM通信系统的特征与基本结构，自2005年起，欧美许多科研院大规模开展OFDM水声通信系统的研究并取得诸多研究成果。由于OFDM系统的发射信号是由多个正交子载波上发送信号的叠加，这给OFDM系统带来以下几个方面的缺点：(1)易受多普勒频偏的影响；(2)加入保护间隔以降低传输效率换取克服多途扩展的能力；(3)受时变本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)发送端将原始数据进行LDPC编码、交织和BPSK映射后，经过OFDM调制，将数据信息调制到并行子载波上，然后将一个已知的导频信号叠加到数据信号上发送；(2)步骤(1)的发射信号经过信道后到达通信接收端，接收信号r(k)通过前端处理模块后得到基带信号

【技术特征摘要】
1.一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)发送端将原始数据进行LDPC编码、交织和BPSK映射后，经过OFDM调制，将数据信息调制到并行子载波上，然后将一个已知的导频信号叠加到数据信号上发送；(2)步骤(1)的发射信号经过信道后到达通信接收端，接收信号r(k)通过前端处理模块后得到基带信号对基带信号进行平均多普勒估计、重采样和频率校正后得到过采样信号过采样信号多路复用到Nτ个信号，这Nτ个信号进行分集处理、独立均衡即时域均衡和频域均衡后最终合并为信号Z(k)；对经历双扩信道的信号采用压缩感知算法均衡信号中的残余多普勒扩展；(3)在接收机中采用迭代信号处理技术，将译码器与均衡器进行级联，通过译码器与均衡器的迭代反馈，不断进行信息交互，抵抗水声信道衰落和抑制干扰，提高接收机的可靠性。2.根据权利要求1所述的一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，其特征在于，所述步骤(1)的具体操作步骤如下：(1.1)将数据源即二进制信息流b进行LDPC编码得到编码二进制比特流c；(1.2)将编码二进制比特流进行交织得到交织后的编码二进制比特流d；(1.3)将步骤(1.2)得到的二进制比特流进行BPSK映射得到基带符号序列e；(1.4)将基带符号序列进行串并转换、IFFT变换，即OFDM调制，得到调制后的OFDM符号序列s；(1.5)将已知的导频信号叠加到步骤(1.4)得到的OFDM符号序列上，在接收端这个叠加的导频信号用于时变双扩信道的估计；(1.6)将包括数据信息和导频信息的叠加信号x发送。3.根据权利要求1所述的一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，其特征在于，所述步骤(2)的具体操作步骤如下：(2.1)前端处理模块：接收的模拟信号r(k)进行带通滤波、经ADC模数转换后转换成数字信号、下变频、低通滤波后得到基带信号(2.2)平均多普勒估计：先通过互相关失真的接收信号与一个周期的导频信号计算模糊函数，找到峰值位置估计出一个最优的时变多普勒比例因子，再对上述峰值利用抛物线插值方法进一步优化多普勒估计；平均多普勒估计是通过模糊函数法计算一个有最大值的多普勒截面，即：其中，χ(m,:)为模糊函数的多普勒截面，m为多普勒位置，n为时延位置，和分别为m和n的估计值；采用抛物线内插方法后，得到多普勒频偏估计为其中k表示在时刻kTest得到估计值；相应估计的比例因子为其中，fc为发射信号的中心频率，时变步长为Test小于一个OFDM符号持续时间Ts，即Test＜Ts；(2.3)重采样和频率校正：对比例因子的离散时间估计进行线性插值，然后利用插值后的比例因子重采样信号来补偿时变多普勒扩展，同时需要根据估计出的多普勒频移fd(t)进行频率校正，得到信号经过重采样和频率校正后的信号为其中，为通过线性插值得到的连续时间信号，为多普勒频移的连续时间时变估计，tn＝tn-1+Tr(n)，Td＝1/(FNτ)，F为发射信号带宽，Nτ为过采样因子；(2.4)过采样信号多路复用到Nτ个信号，这Nτ个信号进行分集处理，独立均衡即时域均衡和频域均衡后最终合并到一起；基于信道估计的时域均衡器第m分支的输出xm(p)为其中，为均衡器的冲激响应，Teq为时延，Leq为均衡器长度，N为子载波个数；第m分支的频域均衡器输出Zm(k)为其中Xm(k)为第m分支时域均衡器输出的离散傅里叶变换，为时域信道估计，γFD为正则化参数；所有分集频域合并输出Z(k)为(2.5)经历双扩信道的信号采用压缩感知算法均衡信号中的残余多普勒扩展。4.根据权利要求1所述的一种时变双扩信道条件下的高频谱效率的OFDM水声通信方法，其特征在于，所述步骤(3)的具体操作步骤如下：(3.1)turbo迭代过程初始化：设定发射符号的先验条件均值μ＝0和先验条件方差v＝1，信道估计...

【专利技术属性】
技术研发人员：张友文，刘志鹏，李俊轩，黄福朋，
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