[发明专利]基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM块均衡方法

说明书

本发明涉及一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM块均衡方法，基于复指数基扩展模型进行信道近似，对应的复合信道矩阵具有循环分块带状结构。所提出的低复杂度OSDM块均衡方法利用上述信道矩阵结构。基于矩阵分解实现了信道矩阵中各分块对角化，并采用变换域块均衡利用此对角结构降低了系统复杂度；进一步设计了一种块状LDL^H分解算法，从而避免了块均衡各符号向量估计时的矩阵直接求逆造成的立方复杂度问题。本发明与已有的OSDM接收方法相比，降低了时变多径的多普勒扩展分量对接收性能的影响，避免了均衡复杂度的增加，提高了OSDM传输对双选信道的适应性。

技术领域

本发明属于水声通信领域，涉及一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM块均衡方法，具体涉及一种适用于时频双选择衰落信道的低复杂度正交信分复用块均衡方法。

背景技术

鉴于水下环境的复杂性和水下声波的低传输速率(1500m/s)，水声信道被公认为是最具挑战性的无线通信媒质之一。具体而言，声信号在水中的低速传播会引起长时间的多径延迟扩展，这一延迟通常跨越几十个水声通信符号间隔，从而导致严重的符号间干扰(Inter-Symbol Interference,ISI)。作为应对，正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing,OFDM)及其频域均衡技术相较于其它传统水声通信调制技术而言，在解决ISI和实现高速率通信方面具有较为明显的优势，因此在水下已得到了广泛的应用。

与传统的单载波时域均衡相比，OFDM技术的频域均衡算法具有较低的复杂度，因其可将频率选择性衰落信道转换为一系列并行平坦信道，并通过简单的单抽头频域均衡消除ISI。然而，OFDM的一个显著问题是其峰均功率比(Peak-to-Average Power Ratio,PAPR)较高。另一方面，当前的单载波频域均衡(Single-Carrier Frequency-DomainEqualization,SC-FDE)技术虽能够实现较低的PAPR，但其带宽分配和功率分配不够灵活。为获得更好的性能折中，正交信分复用(Orthogonal Signal Division Multiplexing,OSDM)技术作为一种新兴的调制方案，建立了一种泛化的调制框架，并可将OFDM与SC-FDE统一为其中的两个极端特例。具体而言，OSDM在一个数据块内，将K＝MN个符号分割为N个长为M的符号矢量，通过逐M元素进行N点离散傅里叶逆变换(Inverse Discrete FourierTransform,IDFT)实现调制。由于M和N的取值可以根据实际情况进行灵活配置，因此OSDM调制方法在平衡系统设计需求方面具有更高的自由度。

现有的OSDM研究主要针对频率选择性衰落信道，在此情况下，符号矢量之间仍然可以保持正交性，从而允许在接收端对每个矢量独立进行均衡处理以恢复原始数据。然而，在时频双选择衰落信道中，多普勒扩展破坏了OSDM符号矢量间的正交性，从而产生类似于OFDM载波间干扰(Inter-Carrier Interference，ICI)的矢量间干扰(Inter-VectorInterference,IVI)，系统性能将显著降低。为此，本发明基于复指数基扩展模型建模时频双选择衰落信道，并提出相应的低复杂度块均衡方法，可有效消除OSDM系统中的ISI和IVI影响。

发明内容

要解决的技术问题

为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM块均衡方法，能够消除OSDM在时频双选择衰落信道中传输的ISI和IVI干扰的影响。

技术方案

一种基于双选择衰落信道的低复杂度OSDM块均衡方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：采用复指数基扩展模型建模时频双选择衰落信道，构建基于复指数基扩展模型的OSDM系统模型：

复指数基扩展模型将每个OSDM块中的时变信道冲激响应表示为2Q+1个复指数基函数的叠加：