OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法技术

本发明专利技术的目的在于提供OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法，包括以下步骤：建立OFDM水声通信系统，建立水声时变多径信道模型，测量系统中的多普勒因子，估计时变信道的频率响应，估计ICI分量及信号干扰噪声比SINR，对接收信号进行并行迭代MMSE均衡。本发明专利技术将线性近似法与频域最小均方误差法结合起来，通过迭代改善性能，从而提出一种并行迭代ICI消除方法并将其引入OFDM水声通信系统中，能有效对抗水声时变信道下产生的载波间干扰，对信道时变速度变化反应稳健。避免了高阶矩阵的求逆运算，降低了方法复杂度，提高了运算速度。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及的是一种水声移动通信的载波间干扰抑制方法。
技术介绍
在复杂多变的水声信道中，尤其在移动通信的条件下，多普勒效应连同多径时延引起的时频选择性衰落，定时，载波和采样频偏等因素，都会打破OFDM系统中各路子载波间的无干扰并行传输，产生ICI，影响数据传输质量。其中尤其以多普勒拓展引起的ICI太复杂而难于进行消除。因而在水声移动通信中，子载波干扰抑制技术成为了决定系统性能的关键技术，日益引起水声领域国内外研究者的广泛关注。在无线电通信领域目前已有很多行之有效的ICI消除方法。但这些方法大多只针对由频率偏移引起的ICI。在时变信道下，面对由多普勒拓展引起的ICI时常常会束手无策。由于声波在海水中的传播速度与无线电中光速相差好几个量级，产生的多普勒拓展比无线电中大得多。而且相对来说，水声通信系统工作在低频段，带宽也要窄得多，OFDM子载波间隔很小。因而，水声通信中不能简单地将多普勒频偏当成一致频偏来处理，无线电通信领域中的大多数多普勒补偿和ICI抑制方法并不能直接移植到水声通信中。水声通信中对子载波干扰抑制技术的研究并不多。尤其是时变信道下的ICI抑制技术还很不成熟，通常被当成多普勒问题来看待，并没有特别的针对其进行处理的方法。一般地，在OFDM水声通信中，频偏引起的ICI的消除被归为同步问题，从同步的角度考虑如何有效消除。信道时变引起的ICI则往往被当成多普勒问题进行处理。多普勒估计大多基于模糊函数，补偿则多利用变采样原理。多普勒估计主要有两类，多谱勒频移预估计及块估计方法。常用的包括，插入CW脉冲或者单频信号作为测频序列，在OFDM帧首尾加入同步信号(例如LFM)等。这些估计方法对于固定的多普勒频偏能有效估计，但对于非一致多普勒估计精度却有限。估计出多普勒后可通过插值处理，利用变采样滤波器或高分辨率DFT方法进行补偿。通常利用上述方法对多普勒进行初步补偿后，还存在残留的ICI。为进一步改善性能，事实上还必须对残余的ICI进行消除。而目前在OFDM水声通信领域中，针对两步多普勒补偿的研究还很少。在水声移动通信中，要消除由信道时变引起的ICI，如果不从多普勒补偿的角度，最好的方式就是进行时变信道估计，然后在接收端进行ICI消除后再均衡。而关系到ICI消除效果的关键步骤就是时变信道的估计。如果借助一个OFDM符号时间内的线性近似模型来进行时变信道估计，仅需分别估计出包含信道时不变及时变信息的两组向量就能获取完整的信道冲击响应。在水声领域目前还未有相关的研究。在无线电通信中，时变信道线性近似方面的研究已有一些。文献(M.Johnson, L.Freitag and M.Stojanovic.1mproved Dopplertracking and correction for underwater acoustic communications[C]//in Proc.1CASSP，97.Munich, Germany, 1997:575 - 578.)就利用 了上述思想，基于最小平方(leastsquare, LS)准则获取信道时变信息后通过多项式近似法估计出ICI并将其消除，再通过迭代进一步提高性能。文献(Bayan S.Sharif, Jeff Neasham, Oliver R.Hintonand AlanE.Adams.A Computationally Efficient Doppler Compensation System forUnderwater Acoustic Communications[J].0ceanic Engineering, 2000, 25(1):52-61.)同样基于分段线性近似模型，采用期望最大化(estimation maximum, EM)迭代方法来提高符号平均信道脉冲响应的估计精度，并在迭代过程中进行带状子载波间干扰抑制。 文献(Sean F.Mason, Christian R.Berger, Shengli Zhou and Peter Willett.Detection, Synchronization, and Doppler Scale Estimation with MulticarrierWaveforms in Underwater Acoustic Communication[J].Journal on selected areasin communications, 2008, 26 (9): 1638-1649.)先使用MMSE方法对传输信号进行初值估计，再通过迭代干扰抵消和均衡相结合，来消除ICI。文献(Maja Sliskovic.SamplingFrequency Offset Estimation and Correction in OFDM Systems[C]//in Proc.1CECS2001.Malta, 2001:437-440.)则利用信道译码输出软信息来当作信息比特的先验信息，再根据子载波间干扰矩阵来消除干扰分量，经过若干次迭代来达到性能优化。这两种方法利用了迭代ICI消除与均衡相结合的思路，但在ICI消除环节，使用的却是更新均衡因子或干扰自消除的办法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供能有效对抗水声时变信道下产生的载波间干扰的OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法。本专利技术的目的是这样实现的:本专利技术OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:(I)建立OFDM水声通信系统；(2)建立水 声时变多径信道模型； (3)测量系统中的多普勒因子；(4)估计时变信道的频率响应；(5)估计ICI分量及信号干扰噪声比SINR ；(6)对接收信号进行并行迭代丽SE均衡。本专利技术还可以包括:1、用WSSUS模型来描述水声时变多径信道，冲击响应的相位服从均匀分布，能量或者包络呈Rayleigh分布，冲激响应用抽头延迟线模型来实现，各路径的时延固定不变，冲击响应h(n，λ)的表达式为:本文档来自技高网...

【技术保护点】
OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法，其特征是：（1）建立OFDM水声通信系统；（2）建立水声时变多径信道模型；（3）测量系统中的多普勒因子；（4）估计时变信道的频率响应；（5）估计ICI分量及信号干扰噪声比SINR；（6）对接收信号进行并行迭代MMSE均衡。

【技术特征摘要】
1.0FDM水声通信并行迭代ICI消除方法，其特征是: (1)建立OFDM水声通信系统； (2)建立水声时变多径信道模型； (3)测量系统中的多普勒因子； (4)估计时变信道的频率响应； (5)估计ICI分量及信号干扰噪声比SINR； (6)对接收信号进行并行迭代丽SE均衡。2.根据权利要求1所述的OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:用WSSUS模型来描述水声时变多径信道，冲击响应的相位服从均匀分布，能量或者包络呈Rayleigh分布，冲激响应用抽头延迟线模型来实现，各路径的时延固定不变，冲击响应h(n，λ)的表达式为:3.根据权利要求1所述的OFDM水声通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:采用多普勒块估计方法对多普勒因子进行测量，向发射OFDM帧首尾加入同步信号LFM，在接收端通过同步头检测获取每帧OFDM信号的LEM相关峰，定义Peaki为第i帧OFDM信号的LEM相关峰位置，下标i表示OFDM信号帧序号，根据原信号帧长度LsignalFrame获取每帧信号上的多普勒因子4.根据权利要求1所述的OFD...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑彩云，廖佳玲，乔钢，马雪飞，孙宗鑫，周锋，刘淞佐，张可，章佳荣，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：