一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲ofdm信道均衡方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，其特征在于：步驟1：發(fā)射端發(fā)射信號(hào)中加入用于信號(hào)估計(jì)的探測(cè)信號(hào)；步驟2：接收端完成同步過程，提取接收的探測(cè)信號(hào)；根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，估計(jì)信道沖激響應(yīng)；步驟3：根據(jù)估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡；步驟4：對(duì)均衡后的信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，去循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，完成解調(diào)過程。
【專利說明】一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法。
【背景技術(shù)】
[0002]水聲信道具有帶寬有限、多徑干擾嚴(yán)重、空變、時(shí)變、頻變等特點(diǎn)，尤其對(duì)于淺海水聲信道，受海底地形以及聲速分布的影響，信道非常復(fù)雜，信道多途時(shí)延往往達(dá)到上百毫秒，對(duì)水聲通信帶來了嚴(yán)重的干擾。OFDM(正交頻分復(fù)用)具有頻帶利用率高、抗頻率選擇性衰落、均衡簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用在近程高速水聲通信中，但是為了克服長(zhǎng)多途時(shí)延帶來的符號(hào)間干擾(ISI)和載波間干擾(ICI)，需要加入大于信道最大多途時(shí)延長(zhǎng)度的循環(huán)前綴，并插入較密的導(dǎo)頻以及加入糾錯(cuò)編碼等，這將造成OFDM頻帶利用率的嚴(yán)重下降，因此，如何減小多途信道對(duì)OFDM的干擾成為高速水聲通信的關(guān)鍵問題之一。
[0003]信道均衡技術(shù)是克服信道多途帶來的干擾的有效方法，常用的OFDM信道均衡方法是基于導(dǎo)頻的頻域信道均衡算法，通過在時(shí)域或頻域插入已知的序列，并在接收端估計(jì)出信道頻率響應(yīng)?，F(xiàn)有的信道均衡算法，如最小平方(LS)、最小均方誤差(MMSE)等，均需要加入大于信道最大多途時(shí)延的循環(huán)前綴克服ISI和ICI，并加入較密的導(dǎo)頻估計(jì)信道，嚴(yán)重限制了 OFDM的通信速率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明目的在于提供一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，能夠有效縮短信道長(zhǎng)度，減小多途帶來的碼間干擾，提高OFDM頻帶利用率。
[0005]實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的技術(shù)方案:
[0006]—種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法,在OFDM符號(hào)內(nèi)加入大于信道最大多途時(shí)延長(zhǎng)度的循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，其特征在于:
[0007]步驟1:發(fā)射端發(fā)射信號(hào)中加入用于信號(hào)估計(jì)的探測(cè)信號(hào)；
[0008]步驟2:接收端完成同步過程，提取接收的探測(cè)信號(hào)；根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，估計(jì)信道沖激響應(yīng)；
[0009]步驟3:根據(jù)估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡；
[0010]步驟4:對(duì)均衡后的信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，去循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，完成解調(diào)過程。
[0011]步驟I中，選用偽隨機(jī)序列經(jīng)過OFDM調(diào)制后作為探測(cè)信號(hào)。
[0012]步驟2中，根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，利用匹配追蹤算法估計(jì)信道的幅度、時(shí)延和相位，估計(jì)信道沖激響應(yīng)。
[0013]步驟3中，估計(jì)的信道沖激響應(yīng)時(shí)間反轉(zhuǎn)，與接收信號(hào)卷積，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡。
[0014]本發(fā)明具有的有益效果:
[0015]本發(fā)明發(fā)射端發(fā)射信號(hào)中加入用于信號(hào)估計(jì)的探測(cè)信號(hào)，接收端根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，估計(jì)信道沖激響應(yīng)，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡；利用虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)信道均衡算法，可以有效的縮短信道長(zhǎng)度，提高接收信噪比，減小多途信道帶來的ISI和ICI，提高OFDM頻帶利用率，實(shí)現(xiàn)自適應(yīng)信道均衡。本發(fā)明利用匹配追蹤算法估計(jì)信道的幅度、時(shí)延和相位，估計(jì)精度高，可以準(zhǔn)確的估計(jì)出信道沖激響應(yīng)，為虛擬時(shí)反信道提供準(zhǔn)確的信道信息。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0016]圖1為VTRM技術(shù)的基本原理圖；
[0017]圖2為發(fā)射信號(hào)幀結(jié)構(gòu)圖；
[0018]圖3為VTRM用于OFDM信道均衡的接收機(jī)實(shí)現(xiàn)框圖；
[0019]圖4為在OFDM符號(hào)中加入循環(huán)前綴和循環(huán)后綴的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]步驟1:根據(jù)虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡(VTRM)原理，發(fā)射端發(fā)射信號(hào)中加入用于信號(hào)估計(jì)的探測(cè)信號(hào)；
[0021]如圖1所示，VTRM技術(shù)的基本原理為，發(fā)射信息信號(hào)之前，先發(fā)送一個(gè)探測(cè)信號(hào)，根據(jù)探測(cè)信號(hào)估計(jì)出信道沖激響應(yīng)，然后將其時(shí)間反轉(zhuǎn)信號(hào)與接收信號(hào)做卷積，得到虛擬時(shí)反后的信號(hào)。
[0022]根據(jù)VTRM原理，設(shè)計(jì)發(fā)射信號(hào)幀結(jié)構(gòu)如圖2所示，幀頭采用線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)進(jìn)行幀定時(shí)同步，后面加入一個(gè)單頻脈沖(CW)信號(hào)用于估計(jì)多普勒因子，在接收端用于消除多普勒頻偏的影響，之后為探測(cè)信號(hào)，用于估計(jì)信道沖激響應(yīng)，最后為OFDM符號(hào)。各個(gè)信號(hào)之間都留有一定的保護(hù)間隔，且保護(hù)間隔大于信道最大多途時(shí)延的長(zhǎng)度。
[0023]步驟2:接收端完成同步過程，提取接收的探測(cè)信號(hào)；根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，利用匹配追蹤算法估計(jì)信道的幅度、時(shí)延和相位，估計(jì)信道沖激響應(yīng)。
[0024]步驟3:根據(jù)估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，對(duì)卷積后的信號(hào)重新進(jìn)行同步，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡；
[0025]步驟4:對(duì)均衡后的信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，去循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，完成解調(diào)過程。
[0026]具體實(shí)施時(shí)，如圖3所示，接收的信號(hào)通過同步信號(hào)找到信號(hào)起始的位置后，提取出CW信號(hào)，通過測(cè)頻得到多普勒壓縮因子，根據(jù)多普勒因子對(duì)接收的信號(hào)進(jìn)行變采樣處理，消除多普勒頻偏對(duì)信號(hào)的影響。然后從變采樣后的信號(hào)中提取探測(cè)信號(hào)，估計(jì)信道沖激響應(yīng)，將其時(shí)間反轉(zhuǎn)與接收信號(hào)做卷積，完成VTRM信道均衡，均衡后的信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，去循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，進(jìn)行FFT解調(diào)和星座逆映射，完成OFDM解調(diào)過程。
[0027]其中，有一項(xiàng)關(guān)鍵技術(shù)影響著VTRM用于OFDM信道均衡的性能，即在OFDM符號(hào)中應(yīng)加入循環(huán)后綴，且循環(huán)后綴和循環(huán)前綴長(zhǎng)度均應(yīng)大于時(shí)反信道的最大多途時(shí)延長(zhǎng)度。循環(huán)后綴即將OFDM符號(hào)塊前面的若干個(gè)數(shù)據(jù)復(fù)制到符號(hào)塊的后面，如圖4所示。
[0028]設(shè)實(shí)際信道沖激響應(yīng)為h(t)，估計(jì)的信道沖激響應(yīng)為/?(0，定義虛擬時(shí)間反
轉(zhuǎn)信道沖激響應(yīng)為=可視為信號(hào)最終經(jīng)過的信道。假設(shè)直達(dá)聲幅度
最大，長(zhǎng)度為L(zhǎng)的離散信道可以表示為h=[h(0)h(l)...h(L-1)],時(shí)反信道可以表示為h' =[h' (1-L)...h' (-l)h' (O)h' (l)...h' (L-l)]，其長(zhǎng)度為 2L-1，其中，h' (0)為各個(gè)路徑疊加后的聲線，幅度最大，可以看到時(shí)反信道是一個(gè)非最小相位信道，即在幅度最大的聲線之前仍存在多途分量。若同步時(shí)以能量最大的聲線為起始時(shí)刻，能量最大聲線之后的多途分量引起的ISI和ICI可以通過循環(huán)前綴加以克服，而能量最大聲線之后的多途分量引起的ISI和ICI則需要通過循環(huán)后綴加以克服。
[0029]下面分析一下循環(huán)后綴如何克服ISI和ICI，設(shè)當(dāng)前解調(diào)的第P個(gè)OFDM符號(hào)為rp，對(duì)應(yīng)的發(fā)射信號(hào)表不為Sp,前一個(gè)和后一個(gè)OFDM符號(hào)表不為Sp^Sp+1,若未加入循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，經(jīng)過沖激響應(yīng)為h的信道后，接收信號(hào)可以表示為
[0030]rp = h>p +1 + hfV+1 +(I)
[0031 ] 其中，rp、sp、Sp' Sp+1和np為NX I維列向量，K、K'和hf為NX N維矩陣，分別
可以表示為
[0032]
【權(quán)利要求】
1.一種虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，在OFDM符號(hào)內(nèi)加入大于信道最大多途時(shí)延長(zhǎng)度的循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，其特征在于: 步驟1:發(fā)射端發(fā)射信號(hào)中加入用于信號(hào)估計(jì)的探測(cè)信號(hào)； 步驟2:接收端完成同步過程，提取接收的探測(cè)信號(hào)；根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，估計(jì)信道沖激響應(yīng)； 步驟3:根據(jù)估計(jì)的信道沖激響應(yīng)，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡； 步驟4:對(duì)均衡后的信號(hào)串并轉(zhuǎn)換，去循環(huán)前綴和循環(huán)后綴，完成解調(diào)過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，其特征在于:步驟I中，選用偽隨機(jī)序列經(jīng)過OFDM調(diào)制后作為探測(cè)信號(hào)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，其特征在于:步驟2中，根據(jù)接收的探測(cè)信號(hào)，利用匹配追蹤算法估計(jì)信道的幅度、時(shí)延和相位，估計(jì)信道沖激響應(yīng)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的虛擬時(shí)間反轉(zhuǎn)水聲OFDM信道均衡方法，其特征在于:步驟3中，估計(jì)的信道沖激響應(yīng)時(shí)間反轉(zhuǎn)，與接收信號(hào)卷積，完成虛擬時(shí)反OFDM信道均衡。
【文檔編號(hào)】H04L27/26GK103905355SQ201410122955
【公開日】2014年7月2日 申請(qǐng)日期:2014年3月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月28日
【發(fā)明者】喬鋼, 尹艷玲, 馬璐, 周峰, 孫宗鑫, 劉凇佐, 馬雪飛, 聶東虎 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)