[發明專利]一種時反空時分組編碼和自適應均衡聯合的水聲通信方法

有效

• 申請號: 201911352167.3
• 申請日: 2019-12-25
• 公開（公告）號: CN111092834B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發明（設計）人: 李海森;孫琳;朱建軍;張陽;徐艷潔;黃嵐;孟新寶
• 申請（專利權）人: 哈爾濱工程大學
• 主分類號: H04L25/03
• 分類號: H04L25/03;H04L1/06;H04B13/02;H04B11/00
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本發明涉及水聲通信領域，具體涉及一種時反空時分組編碼和自適應均衡聯合的水聲通信方法。基于傳統的正交空時分組編碼原理設計對應的時反空時分組編碼；利用時反空時分組編碼，將多個子載波上傳輸的碼元序列分成若干子序列；將來自于不同子載波的已編碼子序列進行濾波多音調制，將調制后的多個信號從不同的發射陣元發射；基于時反空時分組解碼的原理，利用估計的信道響應及其時反形式構造解碼矩陣，對濾波多音解調后的信號進行解碼處理；利用估計的信道響應計算解碼后組合信道中的多途影響的碼元范圍，以此為標準選擇自適應均衡器的長度，對解碼后的碼元序列進行均衡。本發明降低接收端的硬件和計算復雜度，對FMT水聲通信中的ISI實現良好抑制。

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，具體涉及一種時反空時分組編碼和自適應均衡聯合的水聲通信方法。

背景技術

水聲信道中存在著嚴重的多途效應，當通信帶寬很寬時，若使用多載波調制技術，多途效應影響的碼元范圍將達到幾十甚至上百個碼元，這會極大地增加接收端碼間干擾(ISI)抑制的復雜度。因此，高速寬帶水聲通信中，通常使用多載波調制技術。正交頻分復用(OFDM)是水聲通信中最為常用的多載波技術，其將通信頻帶劃分成帶寬相同并且通帶相互重疊的多個子載波，并且為了將多途影響的控制在一個碼元范圍內，每個子載波的帶寬都非常窄，這導致正交頻分復用水聲通信對頻偏敏感，需要采用復雜的載波干擾抑制技術。濾波多音(FMT)將通信頻帶劃分成帶寬相同且互不重疊的少量子載波，子載波間沒有保護頻帶，該技術既通過頻帶劃分解決了單載波通信碼間干擾(ISI)影響范圍過大的問題，又通過子載波帶寬較寬且互不重疊的劃分方式避免了OFDM對頻偏敏感的問題，因此被視為單載波和OFDM的折中技術，近年來被應用于水聲通信領域。

由于在FMT水聲通信中，每個子載波帶寬較寬，因此接收到的每個子載波信號中仍然存在著一定的ISI，需要進行抑制。目前，在文章“Performance Analysis of filteredmultitone modulation systems for underwater communication.”、文章“Filter bankmulticarrier communications for underwater acoustic channels.”和文章“SparseChannel Estimation and Equalization for Underwater Filtered Multitone.”中，其作者們均采用自適應均衡和接收分集相結合的技術來抑制FMT水聲通信中的ISI，該技術的本質就是單輸入多輸出(SIMO)和自適應均衡的結合。

為了進一步降低系統中自適應均衡的復雜程度，申請號為CN201510477828.0的專利，一種基于濾波多音調制的時反水聲通信方法，提出利用運算復雜度低的時反技術對FMT解調的多個子載波信號進行預處理，實現ISI的幅度和范圍的壓縮，然后再利用長度較短的均衡器進行后處理。以上技術雖然可以有效抑制碼間干擾，但是接收分集的使用會增加接收端的硬件和運算復雜度，增大接收系統的功耗，不利于水下通信節點的小型化和低功耗。時反空時分組編碼(TR-STBC)技術是一種適用于頻率選擇性衰落信道的空間分集技術，該技術可以利用發射分集替代接收分集來提供高的分集增益，此外其解碼過程的匹配濾波處理還可以有效壓縮ISI的幅度和范圍，有利于降低接收端的硬件和計算復雜度；申請號為CN201510477828.0的專利，一種基于正交空時編碼的多輸入多輸出被動時反水聲通信方法，該技術雖然利用1/2碼率的空時分組編碼提高被動時反水聲通信的ISI抑制性能，但是該技術僅涉及單載波水聲通信。

發明內容

本發明的目的在于提供一種時反空時分組編碼和自適應均衡聯合的水聲通信方法，以提供一種利用發射分集方式，降低接收端的硬件和計算復雜度，對FMT水聲通信中的ISI實現良好抑制。

本發明實施例提供一種時反空時分組編碼和自適應均衡聯合的水聲通信方法，包括：

步驟一：基于傳統的正交空時分組編碼的原理，設計對應的時反空時分組編碼；