專利名稱：Ofdm水聲通信并行迭代ici消除方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲移動通信的載波間干擾抑制方法。
背景技術(shù)：
在復(fù)雜多變的水聲信道中，尤其在移動通信的條件下，多普勒效應(yīng)連同多徑時延引起的時頻選擇性衰落，定時，載波和采樣頻偏等因素，都會打破OFDM系統(tǒng)中各路子載波間的無干擾并行傳輸，產(chǎn)生ICI，影響數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量。其中尤其以多普勒拓展引起的ICI太復(fù)雜而難于進(jìn)行消除。因而在水聲移動通信中，子載波干擾抑制技術(shù)成為了決定系統(tǒng)性能的關(guān)鍵技術(shù)，日益引起水聲領(lǐng)域國內(nèi)外研究者的廣泛關(guān)注。在無線電通信領(lǐng)域目前已有很多行之有效的ICI消除方法。但這些方法大多只針對由頻率偏移引起的ICI。在時變信道下，面對由多普勒拓展引起的ICI時常常會束手無策。由于聲波在海水中的傳播速度與無線電中光速相差好幾個量級，產(chǎn)生的多普勒拓展比無線電中大得多。而且相對來說，水聲通信系統(tǒng)工作在低頻段，帶寬也要窄得多，OFDM子載波間隔很小。因而，水聲通信中不能簡單地將多普勒頻偏當(dāng)成一致頻偏來處理，無線電通信領(lǐng)域中的大多數(shù)多普勒補(bǔ)償和ICI抑制方法并不能直接移植到水聲通信中。水聲通信中對子載波干擾抑制技術(shù)的研究并不多。尤其是時變信道下的ICI抑制技術(shù)還很不成熟，通常被當(dāng)成多普勒問題來看待，并沒有特別的針對其進(jìn)行處理的方法。一般地，在OFDM水聲通信中，頻偏引起的ICI的消除被歸為同步問題，從同步的角度考慮如何有效消除。信道時變引起的ICI則往往被當(dāng)成多普勒問題進(jìn)行處理。多普勒估計大多基于模糊函數(shù)，補(bǔ)償則多利用變采樣原理。多普勒估計主要有兩類，多譜勒頻移預(yù)估計及塊估計方法。常用的包括，插入CW脈沖或者單頻信號作為測頻序列，在OFDM幀首尾加入同步信號(例如LFM)等。這些估計方法對于固定的多普勒頻偏能有效估計，但對于非一致多普勒估計精度卻有限。估計出多普勒后可通過插值處理，利用變采樣濾波器或高分辨率DFT方法進(jìn)行補(bǔ)償。通常利用上述方法對多普勒進(jìn)行初步補(bǔ)償后，還存在殘留的ICI。為進(jìn)一步改善性能，事實上還必須對殘余的ICI進(jìn)行消除。而目前在OFDM水聲通信領(lǐng)域中，針對兩步多普勒補(bǔ)償?shù)难芯窟€很少。在水聲移動通信中，要消除由信道時變引起的ICI，如果不從多普勒補(bǔ)償?shù)慕嵌龋詈玫姆绞骄褪沁M(jìn)行時變信道估計，然后在接收端進(jìn)行ICI消除后再均衡。而關(guān)系到ICI消除效果的關(guān)鍵步驟就是時變信道的估計。如果借助一個OFDM符號時間內(nèi)的線性近似模型來進(jìn)行時變信道估計，僅需分別估計出包含信道時不變及時變信息的兩組向量就能獲取完整的信道沖擊響應(yīng)。在水聲領(lǐng)域目前還未有相關(guān)的研究。在無線電通信中，時變信道線性近似方面的研究已有一些。文獻(xiàn)(M.Johnson, L.Freitag and M.Stojanovic.1mproved Dopplertracking and correction for underwater acoustic communications[C]//in Proc.1CASSP，97.Munich, Germany, 1997:575 - 578.)就利用 了上述思想，基于最小平方(leastsquare, LS)準(zhǔn)則獲取信道時變信息后通過多項式近似法估計出ICI并將其消除，再通過迭代進(jìn)一步提高性能。文獻(xiàn)(Bayan S.Sharif, Jeff Neasham, Oliver R.Hintonand AlanE.Adams.A Computationally Efficient Doppler Compensation System forUnderwater Acoustic Communications[J].0ceanic Engineering, 2000, 25(1):52-61.)同樣基于分段線性近似模型，采用期望最大化(estimation maximum, EM)迭代方法來提高符號平均信道脈沖響應(yīng)的估計精度，并在迭代過程中進(jìn)行帶狀子載波間干擾抑制。 文獻(xiàn)(Sean F.Mason, Christian R.Berger, Shengli Zhou and Peter Willett.Detection, Synchronization, and Doppler Scale Estimation with MulticarrierWaveforms in Underwater Acoustic Communication[J].Journal on selected areasin communications, 2008, 26 (9): 1638-1649.)先使用MMSE方法對傳輸信號進(jìn)行初值估計，再通過迭代干擾抵消和均衡相結(jié)合，來消除ICI。文獻(xiàn)(Maja Sliskovic.SamplingFrequency Offset Estimation and Correction in OFDM Systems[C]//in Proc.1CECS2001.Malta, 2001:437-440.)則利用信道譯碼輸出軟信息來當(dāng)作信息比特的先驗信息，再根據(jù)子載波間干擾矩陣來消除干擾分量，經(jīng)過若干次迭代來達(dá)到性能優(yōu)化。這兩種方法利用了迭代ICI消除與均衡相結(jié)合的思路，但在ICI消除環(huán)節(jié)，使用的卻是更新均衡因子或干擾自消除的辦法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供能有效對抗水聲時變信道下產(chǎn)生的載波間干擾的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法。本發(fā)明的目的是這樣實現(xiàn)的:本發(fā)明OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:(I)建立OFDM水聲通信系統(tǒng)；(2)建立水 聲時變多徑信道模型；

(3)測量系統(tǒng)中的多普勒因子；(4)估計時變信道的頻率響應(yīng)；(5)估計ICI分量及信號干擾噪聲比SINR ；(6)對接收信號進(jìn)行并行迭代麗SE均衡。本發(fā)明還可以包括:1、用WSSUS模型來描述水聲時變多徑信道，沖擊響應(yīng)的相位服從均勻分布，能量
或者包絡(luò)呈Rayleigh分布，沖激響應(yīng)用抽頭延遲線模型來實現(xiàn)，各路徑的時延固定不變，
沖擊響應(yīng)h(n，λ)的表達(dá)式為:
權(quán)利要求
1.0FDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是: (1)建立OFDM水聲通信系統(tǒng)； (2)建立水聲時變多徑信道模型； (3)測量系統(tǒng)中的多普勒因子； (4)估計時變信道的頻率響應(yīng)； (5)估計ICI分量及信號干擾噪聲比SINR； (6)對接收信號進(jìn)行并行迭代麗SE均衡。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:用WSSUS模型來描述水聲時變多徑信道，沖擊響應(yīng)的相位服從均勻分布，能量或者包絡(luò)呈Rayleigh分布，沖激響應(yīng)用抽頭延遲線模型來實現(xiàn)，各路徑的時延固定不變，沖擊響應(yīng)h(n，λ)的表達(dá)式為:
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:采用多普勒塊估計方法對多普勒因子進(jìn)行測量，向發(fā)射OFDM幀首尾加入同步信號LFM，在接收端通過同步頭檢測獲取每幀OFDM信號的LEM相關(guān)峰，定義Peaki為第i幀OFDM信號的LEM相關(guān)峰位置，下標(biāo)i表示OFDM信號幀序號，根據(jù)原信號幀長度LsignalFrame獲取每幀信號上的多普勒因子
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:時變信道頻率響應(yīng)的估計基于分段線性近似信道模型，并通過梳狀導(dǎo)頻輔助的信道估計方式來實現(xiàn): (1)估計中間時刻的信道沖擊響應(yīng) 定義新參數(shù)
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:所述的ICI分量及信號干擾噪聲比SINR的估計方法為: 在接收端去除CP后的信號y (η)可表示為: y(n) = s(n) h{n, λ) + w(n), 0 < η < N-1 其中s(n)為發(fā)送信號，w(η)為噪聲序列，將y(n)進(jìn)行DFT變換，得到頻域接收信號Y(k)的表達(dá)式，其中S(k)和W(k)分別表示信號及噪聲的頻域表達(dá)式，ICI (k)為ICI的表達(dá)式:
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:所述的并行迭代麗SE均衡為: (1)對麗SE準(zhǔn)則進(jìn)行修正 將均衡矩陣Hnmse中的信噪比SNR用信號干擾噪聲比SINR代替，即
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，其特征是:pmax小于或等于8。
全文摘要
本發(fā)明的目的在于提供OFDM水聲通信并行迭代ICI消除方法，包括以下步驟建立OFDM水聲通信系統(tǒng)，建立水聲時變多徑信道模型，測量系統(tǒng)中的多普勒因子，估計時變信道的頻率響應(yīng)，估計ICI分量及信號干擾噪聲比SINR，對接收信號進(jìn)行并行迭代MMSE均衡。本發(fā)明將線性近似法與頻域最小均方誤差法結(jié)合起來，通過迭代改善性能，從而提出一種并行迭代ICI消除方法并將其引入OFDM水聲通信系統(tǒng)中，能有效對抗水聲時變信道下產(chǎn)生的載波間干擾，對信道時變速度變化反應(yīng)穩(wěn)健。避免了高階矩陣的求逆運(yùn)算，降低了方法復(fù)雜度，提高了運(yùn)算速度。
文檔編號H04L27/26GK103095639SQ20131001426
公開日2013年5月8日 申請日期2013年1月15日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月15日
發(fā)明者鄭彩云, 廖佳玲, 喬鋼, 馬雪飛, 孫宗鑫, 周鋒, 劉淞佐, 張可, 章佳榮 申請人:哈爾濱工程大學(xué)