一種基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法和裝置的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及無(wú)線通信技術(shù)，具體說(shuō)，涉及一種利用空氣聲波進(jìn)行通信的方法和裝置，特別是涉及一種基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法和裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著智能終端產(chǎn)品的快速普及與推廣，手機(jī)作為一種移動(dòng)終端成了信息傳遞的重要載體。用戶可以利用手機(jī)進(jìn)行支付，接收聲音廣播信息等，由于可以采用空氣聲波通信技術(shù)在手機(jī)等移動(dòng)終端進(jìn)行軟件開發(fā)來(lái)實(shí)現(xiàn)上述功能，具有方便性和較好的用戶體驗(yàn)性，應(yīng)用前景十分廣闊。
[0003]但利用空氣聲信道，會(huì)面臨一些問(wèn)題。聲波的反射和折射會(huì)產(chǎn)生復(fù)雜的多徑效應(yīng)，此外，由于收發(fā)過(guò)程的相對(duì)運(yùn)動(dòng)造成的多普勒效應(yīng)嚴(yán)重。針對(duì)上述問(wèn)題，采用相位頻移鍵控調(diào)制并結(jié)合信道均衡技術(shù)可以抵消多徑效應(yīng)帶來(lái)的碼間干擾，均衡可分為時(shí)域均衡和頻域均衡兩種方式，其中時(shí)域均衡由于可以用符號(hào)速率自適應(yīng)調(diào)節(jié)均衡器系數(shù)，跟蹤載波相位，但當(dāng)信道結(jié)構(gòu)過(guò)于復(fù)雜比如信道時(shí)間延遲較長(zhǎng)時(shí)，會(huì)造成均衡器階數(shù)過(guò)高，計(jì)算的復(fù)雜度加大，在某些場(chǎng)合下甚至不能收斂；而頻域均衡則可以在信道結(jié)構(gòu)復(fù)雜的情況下工作，但其對(duì)多普勒頻偏較為敏感。可以看出，時(shí)域均衡和頻域均衡兩種方式在復(fù)雜的空氣聲信道中應(yīng)用時(shí)都各有不足。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提出一種基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法，使之揚(yáng)長(zhǎng)避短，兼具時(shí)域均衡和頻域均衡兩種方式的優(yōu)點(diǎn)，既能避免在信道結(jié)構(gòu)復(fù)雜下時(shí)域均衡方法的計(jì)算復(fù)雜度大，提高算法收斂的可能性，又能改善多普勒頻偏空氣聲波信道下頻域均衡的性能，以實(shí)現(xiàn)不同信道環(huán)境下的可靠空氣聲波通信。
[0005]為了解決本發(fā)明所提出的問(wèn)題，本發(fā)明所述的一種基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法，分為發(fā)射端和接收端兩個(gè)部分，發(fā)射端處理方法具體步驟包括:
[0006]步驟一、使用特定階數(shù)的偽隨機(jī)序列構(gòu)造同步頭數(shù)據(jù)，該同步頭隨后在接收端可以用來(lái)進(jìn)行時(shí)頻二維同步，獲取接收信號(hào)的時(shí)頻同步信息，并進(jìn)行信道估計(jì)；
[0007]步驟二、使用如Frank序列、Zadoff-Chu序列和m序列等具有良好周期相關(guān)特性和恒幅特性的序列構(gòu)造特字UW序列，用來(lái)作為接收端時(shí)域均衡的訓(xùn)練序列和頻域均衡的循環(huán)如綴，還可以進(jìn)一步提聞?目號(hào)估計(jì)的精度；
[0008]步驟三、建立數(shù)據(jù)幀，該數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括同步頭、特字UW、數(shù)據(jù)Data、特字UW、和插零ZP，這種幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于同時(shí)滿足時(shí)域和頻域均衡的要求，為接收端的聯(lián)合處理提供了基礎(chǔ)。
[0009]接收端處理方法具體步驟包括:
[0010]步驟一、對(duì)所接收的數(shù)據(jù)幀的同步頭進(jìn)行時(shí)頻二維同步，獲得時(shí)間和頻率同步信息；
[0011]步驟二、根據(jù)時(shí)間同步信息，截取數(shù)據(jù)信號(hào)，根據(jù)頻率同步信息，進(jìn)行多普勒頻偏補(bǔ)償；
[0012]步驟三、進(jìn)行信道估計(jì)；
[0013]步驟四、根據(jù)上述信道估計(jì)，計(jì)算信道長(zhǎng)度參數(shù)L(單位為符號(hào)數(shù))和多徑個(gè)數(shù)M，并計(jì)算信道判決算子Qe = LXM;
[0014]步驟五、對(duì)信道判決算子％進(jìn)行判決，如果大于某一個(gè)設(shè)定的閾值，對(duì)所述多普勒頻偏補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行頻域均衡；反之，則對(duì)所述多普勒頻偏補(bǔ)償后的數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)域均衡；
[0015]步驟六、輸出均衡后的結(jié)果。
[0016]如上所述的基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法，進(jìn)行時(shí)頻二維同步可以采用拷貝相關(guān)的方法，而所述特字UW，可以使用的序列包括但不限于Frank序列、Zadoff-Chu序列和m序列等。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本發(fā)明所述方法所采用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)示意圖；
[0018]圖2為本發(fā)明所述的基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡方法的流程圖；
[0019]圖3為本發(fā)明所述的基于信道特征的空氣聲波通信信道均衡裝置的示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020]為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。附圖中所示和根據(jù)附圖描述的本發(fā)明的實(shí)施方式僅僅是示例性的，并且本發(fā)明并不限于這些實(shí)施方式。
[0021]需要說(shuō)明的是，為了避免因不必要的細(xì)節(jié)而模糊了本發(fā)明，在附圖中僅僅示出了與根據(jù)本發(fā)明的方案密切相關(guān)的結(jié)構(gòu)和/或處理步驟，而省略了與本發(fā)明關(guān)系不大的其他細(xì)節(jié)。
[0022]下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明。
[0023]如圖1所示，根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，本發(fā)明所述方法所采用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)包括同步頭、插零ZP、特字UW、數(shù)據(jù)Data、特字UW、和插零ZP。這種幀結(jié)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)在于同時(shí)滿足時(shí)域和頻域均衡的要求，為接收端的聯(lián)合處理提供了基礎(chǔ)，其中特字UW可以同時(shí)用作時(shí)域均衡訓(xùn)練和頻域均衡的循環(huán)前綴，還可以提高頻域均衡中的信道估計(jì)精度。
[0024]圖1中，采取在數(shù)據(jù)段的前后都放一個(gè)相同的已知序列作為特字UW，使數(shù)據(jù)Data之前的特字UW成為數(shù)據(jù)Data和后接的特字UW作為一個(gè)整體的循環(huán)前綴，數(shù)據(jù)Data前面的特字也可以用來(lái)做信道估計(jì)和訓(xùn)練。特字UW序列需要有良好的周期相關(guān)特性和恒幅特性，最好其幅度恒定且非零偏移周期自相關(guān)函數(shù)為零。數(shù)據(jù)幀的長(zhǎng)度需要參考實(shí)際應(yīng)用中通信速率和信道的相干時(shí)間設(shè)定。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，發(fā)射信號(hào)的生成步驟為:(1)用移位寄存器產(chǎn)生一個(gè)階數(shù)為9特征多項(xiàng)式為1041的m序列作為同步頭；(2)用移位寄存器產(chǎn)生一個(gè)階數(shù)為8特征多項(xiàng)式為435的m序列作為特字UW ； (3)將特字UW放在數(shù)據(jù)段的前后；(4)按照?qǐng)D1所示的幀結(jié)構(gòu)插入50ms的ZP信號(hào)形成完整的發(fā)射信號(hào)發(fā)送出去。
[0026]所述特字UW,可以使用的序列包括但不限于Frank序列、Zadoff-Chu序列和m序列等。
[0027]圖2中，發(fā)射信號(hào)中，采用的數(shù)據(jù)幀結(jié)構(gòu)如圖1，具體地說(shuō)，采用9階m序列(特征多項(xiàng)式為1041)作為同步信號(hào)(同步頭Synchronizat1n Head)，采用8階m序列(特征多項(xiàng)式為435)作為特字UW序列，ZP序列的長(zhǎng)度為50ms。
[0028]如圖2所示，接收端接收到信號(hào)后，按照如下方法處理:
[0029]首先使用發(fā)射的m序列對(duì)接收的復(fù)基帶信號(hào)進(jìn)行時(shí)頻二維搜索，獲取時(shí)間同步和頻率偏移估計(jì)；
[0030]根據(jù)時(shí)間同步信息截取數(shù)據(jù)信號(hào)，對(duì)數(shù)據(jù)信號(hào)根據(jù)頻率偏移估計(jì)，使用線性插值的方式進(jìn)行多普勒頻偏補(bǔ)償，并利用數(shù)據(jù)信號(hào)中對(duì)應(yīng)特字UW序列的部分對(duì)信道進(jìn)行線性最小均方誤差準(zhǔn)則(LMMSE)的信道估計(jì)；
[0031]利用估計(jì)的信道得到信道長(zhǎng)度L(單位為符號(hào)數(shù))和多徑個(gè)數(shù)Μ等參數(shù)，并計(jì)算信道判決算子Qe = LXM，根據(jù)判決算子的值，選擇采用時(shí)域均衡或者頻域均衡對(duì)得到的幀數(shù)據(jù)進(jìn)行處理；
[0032]例如，如果Qe的值大于20，采用頻域均衡，而如果Qe的值小于或等于20，則采用時(shí)域均衡；最終得到均衡輸出信號(hào)。
[0033]本實(shí)施例中，對(duì)時(shí)域均衡器，使用內(nèi)嵌二階數(shù)字鎖相環(huán)的1/2分?jǐn)?shù)間隔判決反饋均衡器，自適用跟蹤算法為遞歸最小二乘算法(RLS)，時(shí)域均衡器階數(shù)為40階。這種時(shí)域均衡器的