[發明專利]一種基于間接信道函數跟蹤的被動時反水聲通信方法

有效

• 申請號: 201310643231.X
• 申請日: 2013-12-03
• 公開（公告）號: CN103701728A
• 公開（公告）日: 2014-04-02
• 發明（設計）人: 金麗玲;夏夢璐;曾文俊;余子斌;徐文
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L25/03
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 周烽

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，主要是一種基于間接信道函數跟蹤的被動時反水聲通信方法。

背景技術

由于水體內部存在的豐富動力過程、聲學邊界的作用以及水體中聲速剖面梯度引起的折射以及顆粒的散射等因素，水聲信道常常表現為嚴重的多徑時延擴展、多普勒頻移擴展與快速的時變特性，從而造成嚴重的碼間干擾。傳統的通信技術采用均衡技術對抗多徑造成的碼間干擾，對于時延擴展嚴重的水聲信道，使得傳統均衡器的階數在幾百數量級，計算量巨大。時反技術是一種在水聲通信中對抗碼間干擾的有效方法，且算法實現簡單。然而，水聲信道的時變性使得時間反轉通信的性能顯著下降，甚至無法實現通信。

發明內容

本發明的目的是針對現有技術的不足，提供一種基于間接信道函數跟蹤的被動時反水聲通信方法，本發明在不同的信道環境中實現穩定的自適應信道更新的時反水聲通信，同時控制信號處理系統的計算量。

本發明是通過以下技術方案來實現的：一種基于間接信道函數跟蹤的被動時反水聲通信方法包括以下步驟：

（1）利用接收信號的訓練序列估計信道時延-多普勒擴展函數；分析多普勒擴展現象進行間接信道函數建模。

（2）根據步驟（1）得到的間接信道函數模型，對每個陣元的接收信號進行多普勒補償。

（3）將訓練序列估計的間接信道函數求得的信道估計與經過步驟（2）處理后的信號進行時間反轉處理。

（4）在狀態‐空間模型的基礎上，利用連續的通信信號，采用卡爾曼/擴展卡爾曼濾波估計和跟蹤間接信道函數。

（5）根據步驟（4）估計的間接信道函數歸一化幅值判斷是否更新多普勒補償因子以及信道估計。若是，則更新步驟（2）與步驟（3）中的多普勒因子與信道估計。

（6）利用小于十階的判決反饋均衡器，從步驟（3）進行時反處理后的信號中恢復出發射符號。

本發明的有益效果是，本發明根據間接信道函數的幅值歸一化最大值自適應地判斷何時更新多普勒補償因子與信道估計，系統可以針對不同的應用環境自適應地調整更新頻率。在變化快的環境中確保了通信質量，在變化慢的環境中減少了計算量。同時，采用擴展卡爾曼濾波跟蹤估計間接信道函數，因間接信道函數時延擴展小于信道脈沖響應，本發明的計算量小于直接采用跟蹤估計信道脈沖響應。本發明利用對間接信道函數的跟蹤對抗因環境時變造成的被動時間反轉通信性能下降，從而實現水聲信道快速變化環境中高速穩定上行水聲通信；由于間接信道函數的時延和隨時間變化頻率均小于原水聲信道脈沖響應，即減小了跟蹤算法的計算量，也顯著減少判決反饋均衡器的階數。

附圖說明

圖1是發射信號結構。

圖2是基于間接信道函數跟蹤的被動時間反轉水聲通信方法的流程圖。

具體實施方式

下面結合附圖詳細描述本發明。

發射信號結構如圖1所示，由前線性調頻信號、訓練序列、數據和后線性調頻信號組成。其中，線性調頻信號的選取滿足BT>100，（B是其帶寬，T為其脈沖時間寬度）。

記發射信號為s(t)，則第i個陣元接收到的信號可以表示為

ri(t)=s(t)⊗hi(t)---(1)]]>

其中，h_i(t)為發射源到第i個陣元的信道沖擊響應；表示卷積運算。

如圖2所示，本發明基于間接信道函數跟蹤的被動時反水聲通信方法包括以下步驟：

步驟1：利用接收信號的訓練序列估計信道時延-多普勒擴展函數；分析多普勒擴展現象進行間接信道函數建模。