[發明專利]水聲OFDM判決二次信道均衡方法

有效

• 申請號: 201110230556.6
• 申請日: 2011-08-12
• 公開（公告）號: CN102299872A
• 公開（公告）日: 2011-12-28
• 發明（設計）人: 馬雪飛;喬鋼;馬璐;孫宗鑫;周鋒;劉淞佐;鄭彩云;章佳榮;文明;王玥
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26;H04L25/03;H04B13/02
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技術領域

本發明涉及的是一種高速水聲通信的判決信道均衡方法。

背景技術

聲波是水下唯一的可進行遠程傳輸的信息載體，隨著海洋開發的不斷深入，對水下移動通信的傳輸效率和可靠性要求也越來越高。由于水聲信道具有窄帶寬、強多徑、高噪聲、隨機時-空-頻變等特性，因而實現水下節點間高速率、穩健的移動通信是亟待解決的難題。正交頻分復用技術具有抗多徑衰落、抗突發干擾等優點，并且適合于高速數據傳輸。然而應用在水聲環境中，節點間通信由于信道的多徑效應使得某些子載波發生深度衰落，并且節點間相對運動及信道的隨機時變會導致信道的多徑結構產生變化，都會影響最終解調結果。所以針對以上問題進行水聲OFDM信道均衡技術研究是提高系統性能的關鍵。

現有的OFDM信道估計方法大體可以分為盲信道估計和導頻輔助信道估計兩種。盲的信道估計方法不需要傳輸已知數據來進行估計，可以提高有效數據的傳輸效率，在高傳輸速率的數字通信系統中具有明顯的優勢。但是它的收斂速度慢，計算也較復雜，不適合在復雜多變的水聲信道中使用。導頻輔助信道估計方法是在數據流中插入一定數量的時域或頻域的已知數據(導頻)，通過已知頻點上信道頻響來估計出整個信道的頻響。其中常見的導頻插入方式有塊狀和梳狀兩種。塊狀導頻以一定的時域間隔插入完整的OFDM符號(已知)，可以無需插值直接估計出完整的信道頻響，然后均衡其它數據符號，但是對于時變信道的實時跟蹤性差；梳狀導頻均勻分布在每個OFDM符號中，通過對導頻位置的信道頻響插值得到數據子載波位置的信道頻響，可以有效的跟蹤信道時變，但存在插值誤差。

發明內容

本發明的目的在于提供適應于時變水聲信道的水聲OFDM判決二次信道均衡方法。

本發明的目的是這樣實現的：

本發明水聲OFDM判決二次信道均衡方法，其特征是：

(1)梳狀導頻最小均方誤差即CombMMSE信道估計：

利用LS算法得到梳狀導頻位置的信道頻響：

其中X_C為發送的梳狀導頻向量構成的對角陣，R_C為接收的梳狀導頻向量，下腳標C表示梳狀導頻，FFT點數為N，梳狀導頻數目為N₁，數據加導頻數目總和為N₂，對進行補零處理：

對做N點IFFT，得到信道沖激響應的估計：

對g_LS(n)濾波處理，并根據估計出的信道沖激響應長度對其截斷，得到

進行時域自相關矩陣計算得到帶入到MMSE信道估計公式中得到梳狀導頻最小均方誤差估計(CombMMSE)的信道頻響H_CombMMSE：

其中上腳標H表示共軛轉置，上腳標表示矩陣求逆，σ²_n為噪聲方差，導頻子載波在N個子載波中對應的序號為：數據加導頻子載波對應的序號為：則F₁、F₂定義如下：

其中通過H_CombMMSE計算式估計出數據和導頻位置的信道頻響；

(2)利用梳狀導頻進行CombMMSE信道估計后，得到所有數據子載波的信道頻響k為一個OFDM符號中子信道的索引，t為幀結構中的OFDM符號索引，利用該頻響對接收數據Y(t，k)進行一次均衡，得到一次均衡后的數據其中的上標～表示判決之前的數據符號估計，對一次均衡后數據子載波進行解映射，再通過卷積解碼或Turbo解碼得到原始數據的估計將解碼后的數據按原編碼規則重新進行編碼，得到二次編碼后的數據：其中E_C表示信道編碼函數，中的下腳標c，2表示第二次信道編碼。對編碼后的數據重新進行子載波映射，得到映射后的數據為：

為了區別于判決前的數據符號估計用的上標^表示判決后的數據符號估計，通過二次編碼和子載波映射后，將估計出來的數據子載波作為訓練序列，并聯合梳狀導頻子載波得到塊狀導頻的估計，由此所有子信道上都有了訓練數據，接下來利用塊狀導頻最小均方誤差即BlockMMSE算法，重新進行二次信道估計：定義估計的塊狀導頻構成的對角陣為計算公式如下：

其中的下腳標2表示第二次信道估計，R_gg為時域信道自相關矩陣，R_HH為頻域信道自相關矩陣，Y為接收數據符號向量，為噪聲方差，最終利用估計出來的信道頻響均衡接收數據即完成整個判決二次均衡過程。