[發明專利]一種自適應水聲通信方法

在審

• 申請號: 201910590940.3
• 申請日: 2019-07-02
• 公開（公告）號: CN110351209A
• 公開（公告）日: 2019-10-18
• 發明（設計）人: 韓笑;吳雨珊;王大宇;殷敬偉;張錦燦;葛威
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04B11/00;H04B13/02;H04L1/00;H04L27/00;H04L27/26;H04L27/32
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本發明涉及一種水聲通信方法領域，具體涉及一種基于信道預測的自適應調制與功率分配的OFDM水聲通信方法。該方法包括：發射端發送測試信號，接收端對接收信號進行處理，估計得到時信道沖激響應估計結果；利用自適應信道預測方法對時域信道沖激響應進行預測；將預測信道結果通過信令傳輸反饋給發送端，獲得自適應傳輸所需的信道狀態信息；發送端根據信道狀態信息基于自適應分配算法確定每個子載波的通信參數，并根據通信參數對子載波進行自適應調制和功率分配；發射端發射OFDM信號，實現自適應水聲通信。在時域上進行信道預測，減少反饋冗余的同時提高預測精度；利用自適應分配算法對子載波進行比特和功率分配，提高在陌生環境下的實用性。

技術領域

本發明涉及一種水聲通信方法領域，具體涉及一種基于信道預測的自適應調制與功率分配的OFDM水聲通信方法。

背景技術

水聲信道中存在著多途擴展嚴重、頻帶資源有限等問題，不同水文環境、同一環境不同時刻、不同頻點對應的水聲信道衰落特性不盡相同。傳統的多載波OFDM水聲系統對每個子信道采用相同的通信參數，沒有充分利用頻譜資源。

自適應技術相比傳統的固定通信模式可以更好的適應復雜的水聲信道并提高通信效率，充分利用頻帶資源。然而自適應技術在水聲通信領域中還處于摸索階段，大多數的自適應水聲通信系統選擇固定閾值法或模式切換方式對子載波或子帶進行調制，需要預先測量水域環境，根據不同通信方式的誤碼率曲線確定模式切換閾值，這無疑降低了自適應技術對于不同水域環境的實用性。

自適應技術需要根據信道狀態信息實時調整傳輸參數，受傳輸時延影響，通過傳統信道估計的方法獲取的信道狀態信息相對于即將發射數據時刻的信道會存在過時的問題，在快時變信道中性能嚴重下降。

發明內容

本發明的目的在于提供一種自適應水聲通信方法。

一種自適應水聲通信方法，所述方法包括如下步驟：

(1)發射端發送測試信號，接收端對接收信號進行處理，估計得到時信道沖激響應估計結果；

(2)利用自適應信道預測方法對時域信道沖激響應進行預測；

(3)將預測信道結果通過信令傳輸反饋給發送端，獲得自適應傳輸所需的信道狀態信息；

(4)發送端根據信道狀態信息基于自適應分配算法確定每個子載波的通信參數，并根據通信參數對子載波進行自適應調制和功率分配；

(5)發射端發射OFDM信號，實現自適應水聲通信。

所述步驟(1)中，發射端發送OFDM通信信號，接收端對接受信號解碼，得到多個時刻的時域信道數據為：

式中，l＝0,1,...,K-1，K為信道長度，p為預測階數，為m-p時刻的信道估計值,為m時刻的信道估計值，為m時刻的時域信道數據。

在l個時間抽頭上，用當前和過去的p個信道采樣值依次進行信道預測，通過自適應信道預測算法得到最佳預測系數w[m；l]，獲得未來時刻的信道沖激響應，信道預測的更新方程為

式中，w[m；l]為預測系數向量，w^H[m；l]為w[m；l]的共軛轉置向量，為m+1時刻的信道預測值。

所述步驟(3)中，發送端通過離散傅里葉變換將預測信道轉換到頻域，得到自適應系統所需的信道狀態信息。

所述步驟(4)中，自適應分配算法實現在一定通信速率b_target和發射功率P_T下，使系統的誤碼率性能達到最優的目標，系統所用的優化準則表示為：

min BER