[發明專利]一種移動條件下的時間反轉方法

有效

• 申請號: 202011232466.6
• 申請日: 2020-11-06
• 公開（公告）號: CN112332930B
• 公開（公告）日: 2021-09-07
• 發明（設計）人: 王海燕;李祥祥;鎖健;申曉紅;孫琦璇;張裕昌
• 申請（專利權）人: 西北工業大學
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L25/02;H04L27/26
• 代理公司: 西北工業大學專利中心 61204
• 代理人: 金鳳

本發明提供了一種移動條件下的時間反轉方法，利用時域和頻域基于傅里葉變換的對偶性，提出了時頻反轉技術，能夠同時做到信道的時頻聚焦，改善通信系統的性能。本發明在時延?多普勒雙擴展水聲信道下，針對時間反轉技術無法同時做到時延和頻偏雙聚焦的問題，提出了一種時頻反轉技術，能夠同時對多徑和多普勒所產生的偏移進行聚焦，有效改善移動水聲通信系統的性能。

技術領域

本發明涉及信號處理領域，具體涉及移動水聲通信技術，時間反轉技術等。

背景技術

由于聲波在海洋中的傳播速度較慢以及通信設備之間的相對運動和風浪、洋流等因素的影響，使接收端接收到的信號是由不同時延、不同多普勒偏移的多路信號疊加，因此移動水聲信道通常具有時延和多普勒的雙擴展特性，嚴重影響了水聲通信系統的性能，一種有效解決移動水聲信道雙擴展特性的方法是對多徑時延和多普勒偏移進行聚焦。

時間反轉技術(Time Reversal Mirror，TRM)基于傳輸互易性和時反不變性原理，利用復雜的多徑信道特性實現接收信號在時間上的聚焦，自適應地利用多徑能量達到增強主徑能量的目的，是一種簡單有效的抗多徑衰落方法。但移動水聲信道屬于時延、多普勒雙擴展信道，時間反轉技術只能做到時間上的聚焦，而無法做到頻率聚焦，目前針對此問題采取的解決方案主要有先進行多普勒補償后再時反，但只有在水聲信道的各個路徑具有相同的多普勒頻偏下這種方案才會獲得較好的效果，實際由于發射聲線到達接收端的角度不同，各個路徑具有不同的多普勒頻偏，因此其效果不理想。

發明內容

為了克服現有技術的不足，本發明提供一種移動條件下的時間反轉方法。由于多徑在時域上表現為時間上的偏移，多普勒在頻域表現為頻率的偏移以及時域與頻域基于傅里葉變換的對偶性，本發明提出了一種時頻反轉技術，能夠同時對多徑和多普勒頻偏進行聚焦，有效地解決了移動水聲信道的雙擴展特性所帶來的通信性能下降問題。本發明在移動雙擴展水聲信道下，針對時間反轉技術無法同時做到時延和頻偏雙聚焦的問題，提出了一種時頻反轉技術，能夠同時對多徑和多普勒所產生的偏移進行聚焦，有效提高移動水聲通信系統的性能。針對時間反轉技術無法同時做到時延和頻偏雙聚焦的問題，其根本原因是時反只能做到在時間上的聚焦，故其所聚焦的各個路徑上都帶有多普勒頻偏，因此本發明利用時域和頻域基于傅里葉變換的對偶性，提出了時頻反轉技術，能夠同時做到信道的時頻聚焦，改善通信系統的性能。

本發明解決其技術問題所采用的技術方案的主要步驟如下：

步驟1：發射通信信號s(t)；

步驟2：通信信號s(t)經延遲-多普勒信道后得到接收信號r(t)；

步驟3：建立時頻反轉信道；

對延遲-多普勒信道進行時頻反轉，時頻反轉信道h_TFR(τ，v)為：

h_TFR(τ，v)＝h(-τ，-v) (1)

步驟4：建立相位預補償下的時頻反轉信道

在步驟3時頻反轉信道的基礎上乘以相位補償項，相位預補償下的時頻反轉信道表示為：

步驟5：令接收信號r(t)通過相位預補償下的時頻反轉信道

其中y(t)為接收信號r(t)經相位預補償時頻反轉信道后得到的信號；

步驟6：采用相干解調方式對信號y(t)進行解調；

在接收端恢復出和發送信號相同的載波信號，采用相干解調的方式對信號y(t)進行相干解調，對解調后的碼元信號進行抽樣判決，大于0的碼元判為1，小于0的碼元判決為0，即轉化成二進制數據，從而完成通信傳輸。