一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法技术

本发明专利技术涉及水声通信领域，具体涉及一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法。基于传统的正交空时分组编码原理设计对应的时反空时分组编码；利用时反空时分组编码，将多个子载波上传输的码元序列分成若干子序列；将来自于不同子载波的已编码子序列进行滤波多音调制，将调制后的多个信号从不同的发射阵元发射；基于时反空时分组解码的原理，利用估计的信道响应及其时反形式构造解码矩阵，对滤波多音解调后的信号进行解码处理；利用估计的信道响应计算解码后组合信道中的多途影响的码元范围，以此为标准选择自适应均衡器的长度，对解码后的码元序列进行均衡。本发明专利技术降低接收端的硬件和计算复杂度，对FMT水声通信中的ISI实现良好抑制。

A method of underwater acoustic communication based on the combination of time anti space-time block coding and adaptive equalization

【技术实现步骤摘要】
一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法
本专利技术涉及水声通信领域，具体涉及一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法。
技术介绍
水声信道中存在着严重的多途效应，当通信带宽很宽时，若使用多载波调制技术，多途效应影响的码元范围将达到几十甚至上百个码元，这会极大地增加接收端码间干扰(ISI)抑制的复杂度。因此，高速宽带水声通信中，通常使用多载波调制技术。正交频分复用(OFDM)是水声通信中最为常用的多载波技术，其将通信频带划分成带宽相同并且通带相互重叠的多个子载波，并且为了将多途影响的控制在一个码元范围内，每个子载波的带宽都非常窄，这导致正交频分复用水声通信对频偏敏感，需要采用复杂的载波干扰抑制技术。滤波多音(FMT)将通信频带划分成带宽相同且互不重叠的少量子载波，子载波间没有保护频带，该技术既通过频带划分解决了单载波通信码间干扰(ISI)影响范围过大的问题，又通过子载波带宽较宽且互不重叠的划分方式避免了OFDM对频偏敏感的问题，因此被视为单载波和OFDM的折中技术，近年来被应用于水声通信领域。由于在FMT水声通信中，每个子载波带宽较宽，因此接收到的每个子载波信号中仍然存在着一定的ISI，需要进行抑制。目前，在文章“PerformanceAnalysisoffilteredmultitonemodulationsystemsforunderwatercommunication.”、文章“Filterbankmulticarriercommunicationsforunderwateracousticchannels.”和文章“SparseChannelEstimationandEqualizationforUnderwaterFilteredMultitone.”中，其作者们均采用自适应均衡和接收分集相结合的技术来抑制FMT水声通信中的ISI，该技术的本质就是单输入多输出(SIMO)和自适应均衡的结合。为了进一步降低系统中自适应均衡的复杂程度，申请号为CN201510477828.0的专利，一种基于滤波多音调制的时反水声通信方法，提出利用运算复杂度低的时反技术对FMT解调的多个子载波信号进行预处理，实现ISI的幅度和范围的压缩，然后再利用长度较短的均衡器进行后处理。以上技术虽然可以有效抑制码间干扰，但是接收分集的使用会增加接收端的硬件和运算复杂度，增大接收系统的功耗，不利于水下通信节点的小型化和低功耗。时反空时分组编码(TR-STBC)技术是一种适用于频率选择性衰落信道的空间分集技术，该技术可以利用发射分集替代接收分集来提供高的分集增益，此外其解码过程的匹配滤波处理还可以有效压缩ISI的幅度和范围，有利于降低接收端的硬件和计算复杂度；申请号为CN201510477828.0的专利，一种基于正交空时编码的多输入多输出被动时反水声通信方法，该技术虽然利用1/2码率的空时分组编码提高被动时反水声通信的ISI抑制性能，但是该技术仅涉及单载波水声通信。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法，以提供一种利用发射分集方式，降低接收端的硬件和计算复杂度，对FMT水声通信中的ISI实现良好抑制。本专利技术实施例提供一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法，包括：步骤一：基于传统的正交空时分组编码的原理，设计对应的时反空时分组编码；步骤二：利用时反空时分组编码，将多个子载波上传输的码元序列分成若干子序列，并按照正交原则传输到不同发射阵元所对应的滤波多音调制器；步骤三：将来自于不同子载波的已编码子序列进行滤波多音调制，并将调制后的多个信号分别添加上保护间隔和帧同步信号，之后从不同的发射阵元发射出去；步骤四：基于时反空时分组解码的原理，利用估计的信道响应及其时反形式构造解码矩阵，对滤波多音解调后的信号进行解码处理，处理过程涉及匹配滤波；步骤五：利用估计的信道响应计算解码后组合信道中的多途影响的码元范围，以此为标准选择自适应均衡器的长度，对解码后的码元序列进行均衡；本专利技术还包括这样一些结构特征：所述步骤一具体为基于发射阵元数和传统正交编码的设计原理，构造TR-STBC的编码矩阵，其中编码矩阵的行数M对应于发射阵元数，编码矩阵的列数N对应于需要划分的子序列数，得到TR-STBC的编码矩阵；所述步骤二具体为根据编码矩阵的列数N，将每个子载波序列分别划分成N个子序列，并按照编码矩阵进行编码，得到编码后的M个新的序列；所述步骤三具体为将编码后的M个序列分别输入到对应的FMT调制器进行调制，并在调制后的信号前附加保护间隔和帧同步信号构成发射信号，从M个发射阵元发射出去；所述步骤四具体为将接收端FMT解调后的多个子载波信号分别划分成N个子信号用于构造接收信号矩阵，并利用信道估计得到的子信道响应及其时反形式，针对每个子载波构造相应的解码矩阵，利用解码矩阵对接收信号矩阵进行解码，得到解码后的矩阵；所述步骤五具体为将解码后的子序列重新构造得到子载波序列，利用自适应均衡器对该子序列进行均衡，为了保证自适应均衡的效果，均衡器覆盖的码元范围应略大于解码后多途影响的码元范围；与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：本专利技术通过TR-STBC技术，用多阵元发射替代传统FMT水声通信中的多阵元接收来获得高的空间分集增益，利用TR-STBC解码中的匹配滤波对接收信号中的码间干扰进行预处理，利用自适应均衡对解码后的信号进行后处理，以实现在保持良好的ISI抑制性能的基础上，降低FMT水声通信中接收端的硬件和计算复杂度，有利于水下通信节点的小型化和低功耗。附图说明图1为一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法的发射端结构图；图2为本专利技术的接收端结构图；图3为本专利技术中SISO方法的原理图；图4为本专利技术中SIMO方法的原理图；图5(a)为本专利技术的方法中发射信号结构图；图5(b)为本专利技术的对比方法发射信号结构图；图6(a)为本专利技术方法解码、SISO方法匹配滤波以及SIMO方法匹配滤波合并后三者的误码率对比图；图6(b)为本专利技术方法、SISO方法以及SIMO方法均衡后三者的性能对比图；图7(a)为本专利技术方法解码和均衡后的性能示意图；图7(b)为本专利技术中SISO方法匹配滤波和均衡后的性能示意图；图7(c)为本专利技术中SIMO方法匹配滤波合并和均衡后的性能示意图。具体实施方式为使本专利技术的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本专利技术做进一步描述：本专利技术的SISO方法(单输入单输出SISO和自适应均衡联合的FMT水声通信方法，简称SISO方法)；SIMO方法(单输入多输出SIMO和自适应均衡联合的FMT水声通信方法，简称SISO方法)。本专利技术的技术方案是这样实现的：在通信系统的发射端，利用传统的空时分组编码的原理，设计相应的TR-STBC，并利用TR-ST本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法，其特征在于，包括：/n步骤一：基于传统的正交空时分组编码的原理，设计对应的时反空时分组编码；/n步骤二：利用时反空时分组编码，将多个子载波上传输的码元序列分成若干子序列，并按照正交原则传输到不同发射阵元所对应的滤波多音调制器；/n步骤三：将来自于不同子载波的已编码子序列进行滤波多音调制，并将调制后的多个信号分别添加上保护间隔和帧同步信号，之后从不同的发射阵元发射出去；/n步骤四：基于时反空时分组解码的原理，利用估计的信道响应及其时反形式构造解码矩阵，对滤波多音解调后的信号进行解码处理，处理过程涉及匹配滤波；/n步骤五：利用估计的信道响应计算解码后组合信道中的多途影响的码元范围，以此为标准选择自适应均衡器的长度，对解码后的码元序列进行均衡。/n

【技术特征摘要】
1.一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法，其特征在于，包括：
步骤一：基于传统的正交空时分组编码的原理，设计对应的时反空时分组编码；
步骤二：利用时反空时分组编码，将多个子载波上传输的码元序列分成若干子序列，并按照正交原则传输到不同发射阵元所对应的滤波多音调制器；
步骤三：将来自于不同子载波的已编码子序列进行滤波多音调制，并将调制后的多个信号分别添加上保护间隔和帧同步信号，之后从不同的发射阵元发射出去；
步骤四：基于时反空时分组解码的原理，利用估计的信道响应及其时反形式构造解码矩阵，对滤波多音解调后的信号进行解码处理，处理过程涉及匹配滤波；
步骤五：利用估计的信道响应计算解码后组合信道中的多途影响的码元范围，以此为标准选择自适应均衡器的长度，对解码后的码元序列进行均衡。


2.根据权利要求1所述的一种时反空时分组编码和自适应均衡联合的水声通信方法，其特征在于，所述步骤一具体为基于发射阵元数和传统正交编码的设计原理，构造TR-STBC的编码矩阵，其中编码矩阵的行数M对应于发射阵元数，编码矩阵的列数N对应于需要划分的子序列数，得到TR-STBC的编码矩阵。


3.根据权利要求2所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：李海森，孙琳，朱建军，张阳，徐艳洁，黄岚，孟新宝，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙;23