[發(fā)明專利]一種單載波多用戶水聲通信方法

有效

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• 申請日: 2021-03-01
• 公開（公告）號: CN112953653B
• 公開（公告）日: 2022-07-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 韓笑;朱廣軍;殷敬偉;葛威;李林;田亞男
• 申請（專利權(quán)）人: 哈爾濱工程大學(xué)
• 主分類號: H04B13/02
• 分類號: H04B13/02;H04L25/02;H04L25/03
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本發(fā)明公開了一種單載波多用戶水聲通信方法，基于單載波相移鍵控調(diào)制體制，將多個(gè)用戶的通信信息調(diào)制在載波相位上，信源比特信息通過卷積編碼器進(jìn)行信道編碼，再采用隨機(jī)交織器交織，確定接收端通信信號的解碼流程，通信接收機(jī)采用基于軟干擾消除的迭代信道估計(jì)器，將接收信號中的干擾用戶信號重構(gòu)并消除，利用產(chǎn)生的信號更新期望用戶的信道，被動時(shí)間反轉(zhuǎn)鏡將消除干擾后的多通道信號合并為單通道信號，在壓縮多途信道的同時(shí)提高期望用戶信噪比，再將單通道信號輸入自適應(yīng)turbo均衡器中，軟均衡器輸出的符號經(jīng)過信道解碼器解碼后輸出比特?cái)?shù)據(jù)，接收機(jī)再經(jīng)過多次迭代實(shí)現(xiàn)解碼，能夠進(jìn)行用戶數(shù)較多的數(shù)據(jù)解碼且接收機(jī)計(jì)算復(fù)雜度較低。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及一種單載波多用戶水聲通信方法，特別是一種基于迭代軟干擾消除的單載波多用戶水聲通信方法，屬于水聲通信領(lǐng)域。

背景技術(shù)

無人潛航器被廣泛應(yīng)用于海洋資源開發(fā)、海洋環(huán)境觀測、情報(bào)收集、裝備預(yù)置、探測預(yù)警等領(lǐng)域，并逐漸形成多無人潛航器協(xié)同觀測模式。但是，隨著任務(wù)內(nèi)容和復(fù)雜度的上升，單一的無人潛航器已很難滿足日益增長的需求。這使得以多潛航器組成水下集群協(xié)同執(zhí)行任務(wù)成為必然的發(fā)展方向。

與發(fā)展較為成熟的單用戶水下通信技術(shù)相比，用來支持水下集群通信的多用戶通信技術(shù)仍然面臨較多的困難和挑戰(zhàn)，例如水下環(huán)境中嚴(yán)重受限的帶寬，長達(dá)幾十毫秒甚至上百毫秒的多途時(shí)延信道，相比于無線電通信更加嚴(yán)重的多普勒擴(kuò)展，信道的快速時(shí)變性以及強(qiáng)烈的多址干擾。當(dāng)水下多用戶通信系統(tǒng)的用戶數(shù)量增多時(shí)，多址干擾會逐漸成為影響水下多用戶通信機(jī)性能最重要的因素。許多技術(shù)用來實(shí)現(xiàn)水下多用戶通信系統(tǒng)，其中直接擴(kuò)頻序列碼分多址技術(shù)被認(rèn)為是最具發(fā)展前景的技術(shù)之一，但是該技術(shù)的數(shù)據(jù)速率過低，無法滿足未來場景中各種應(yīng)用的高速數(shù)據(jù)傳輸要求。而交織分多址作為與碼分多址相似的技術(shù)，被證明在性能上優(yōu)于基于長碼和短碼的碼分多址系統(tǒng)，但是其仍然面臨碼率較低且計(jì)算復(fù)雜度較高等問題。正交頻分復(fù)用技術(shù)作為無線電通信中最關(guān)鍵的技術(shù)之一，因?yàn)槠淠軌蜢`活地為各個(gè)用戶分配子載波和功率而受到廣泛的研究。但是正交頻分復(fù)用技術(shù)具有較高的峰均功率比，而且對載波頻率偏移十分敏感，這都使得其在水聲多用戶通信中的應(yīng)用受到巨大的限制。相比之下，單載波多用戶通信系統(tǒng)具有較高的通信速率，并且在峰均功率比和對抗載波頻率偏移等方面具有優(yōu)勢，能夠滿足未來應(yīng)用對水下多用戶通信的需求，但是單載波多用戶通信系統(tǒng)面臨強(qiáng)多址干擾的巨大挑戰(zhàn)。

如何在快速時(shí)變的水聲信道中且具有強(qiáng)多址干擾的條件下，對單載波多用戶通信數(shù)據(jù)進(jìn)行高性能解碼，成為水聲通信技術(shù)中重要的技術(shù)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對上述現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種基于迭代軟干擾消除的單載波多用戶水聲通信方法，能夠進(jìn)行用戶數(shù)較多的數(shù)據(jù)解碼且接收機(jī)計(jì)算復(fù)雜度較低。

為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明的一種單載波多用戶水聲通信方法，包括以下步驟：

步驟1：輸入：第i塊接收信號y_m,i，m∈[1,M]，M為接收陣元數(shù)，全部用戶的導(dǎo)頻向量X_n，其中，n∈[1,N]，N為用戶的數(shù)量，即發(fā)射天線數(shù)，根據(jù)信道參數(shù)將接收數(shù)據(jù)劃分為N_B個(gè)數(shù)據(jù)塊、迭代次數(shù)Iter，i∈[1,N_B]；

步驟2：信道和參數(shù)初始化，具體為：根據(jù)反饋的軟信息，計(jì)算反饋符號更新迭代次數(shù)Iter，利用MMSE信道估計(jì)算法進(jìn)行初始信道估計(jì)，得到其中m∈[1,M]，表示發(fā)射陣元n與接收陣元m之間的信道，“1”表示第“1”個(gè)數(shù)據(jù)塊；

步驟3：塊間干擾消除，消除因?yàn)槿鄙俦Ｗo(hù)間隔而產(chǎn)生的前一個(gè)數(shù)據(jù)塊對當(dāng)前數(shù)據(jù)塊的影響；

步驟4：連續(xù)干擾消除，利用上一次迭代反饋的先驗(yàn)符號以及估計(jì)的信道重構(gòu)多址干擾其中l(wèi)∈[1,N],l≠n，n表示期望用戶索引值，l表示干擾用戶索引值，并對多址干擾的進(jìn)行幅度補(bǔ)償和時(shí)間延遲，最后從接收信號中減去，得到僅包含期望信號和噪聲的多通道數(shù)據(jù)