[發明專利]基于穩態均方誤差的水聲通信自適應調制方法

有效

• 申請號: 201811399364.6
• 申請日: 2018-11-22
• 公開（公告）號: CN109286474B
• 公開（公告）日: 2021-01-12
• 發明（設計）人: 劉志勇;白帆;譚周美
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工業大學（威海）
• 主分類號: H04L1/00
• 分類號: H04L1/00;H04L25/03;H04B11/00;H04B13/02
• 代理公司: 威海科星專利事務所 37202
• 代理人: 初姣姣

本發明涉及水聲通信技術領域，具體的說是一種特別適用于實際水聲通信系統，能夠有效提高通信系統傳輸可靠性的基于穩態均方誤差的水聲通信自適應調制算法，其特征在于發送端首先發送信號用以與接收端建立鏈接，對接收信號進行處理，獲得均方誤差SMSE，并轉換為SNR；而后，反饋給發送端進行調制方式的自適應選擇，本發明與現有技術相比，并不需假設水聲信道狀態信息已知，基于盲均衡的輸出SMSE實現調制方式的自適應調整，且該指標考慮了水聲信道不同對檢測性能的影響，盲均衡器的抽頭長度能根據具體的水聲信道自適應調整。

技術領域：

本發明涉及水聲通信技術領域，具體的說是一種特別適用于實際水聲通信系統，能夠有效提高通信系統傳輸可靠性、不需假設信道狀態信息已知的基于穩態均方誤差的水聲通信自適應調制算法。

背景技術：

隨時間空間變化的多徑和有限的帶寬對通信系統可實現的吞吐量產生了顯著限制。而非自適應的鏈路傳輸為保證系統處于可接受的性能，系統一般僅針對最壞信道條件進行設計，這導致信道容量未得到充分利用。特別是對于水聲環境，水聲信道具有帶寬窄的特性，為了充分利用有限的帶寬，提高頻譜利用率，水聲通信中的自適應調制算法研究開始受到國內外研究人員的重視。

現有關于自適應調制的研究主要集中于陸上通信系統，針對于水聲環境下的研究有限。近來，文獻Radosevic A,Ahmed R,Duman T M,et al.Adaptive OFDM modulationfor underwater acoustic communications:Design considerations and experimentalresults[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2014,39(2):357-370 提出了一種基于信道預測的自適應調制方案，該方案實現前提是已估計出之前時刻的信道信息，而后基于之前時刻的信道信息預測未來的信道信息，以實現調制方式的調整。文獻Wan L,ZhouH,Xu X,et al.Adaptive modulation and coding for underwater acoustic OFDM[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2015,40(2): 327-336提出了一種基于信噪比的自適應調制方案，該方案利用估計出的信道狀態信息計算出有效信噪比，用作為度量標準進行調制方式的調整。但這兩種自適應調制方法均需要假設水聲信道狀態信息(ChannelState Information,CSI)已知，但由于水聲信道的復雜多變性，CSI很難獲得。

自適應調制系統總體結構如圖1所示。工作時首先，發射機發送信號與接收機建立鏈接。而后，接收端根據接收信號進行信噪比估計，并反饋給發射機，用于實現調制方式的自適應選擇。

調制信號s(n)經水聲信道后的接收信號為：

r(n)＝s(n)*h(n)+v(n) (1)

其中，h(n)為水聲信道的沖激響應，由BELLHOP模型獲得，v(n)是加性高斯白噪聲,均值為零，方差為*表示卷積運算；

已有的基于信噪比的自適應調制方案如下：其中，如圖2給出的接收端的系統框圖所示，接收信號一方面送入盲均衡器，恢復發送的調制信息；一方面用于估計信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)，以反饋給發送端進行調制方式的自適應選擇。

對于信噪比估計，在基于最小方差準則(Least Square,LS)實現信道估計之后，據信道估計結果進行SNR計算。信道估計通過已知訓練序列進行估計，其基本原理是估計信道沖激響應，最小化估計的信道沖激響應與實際信道沖激響應的誤差。接收信號如公式(1)所示，其頻域形式可表示為：R＝HS+V (2)

信道估計的代價函數表示為：

對上式求偏導可得：

由此，得出信道的沖激響應函數為：