[发明专利]一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法

摘要

本发明涉及一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法，将OSDM矢量内预编码所获得的频域分集增益与时域过采样相获得的频率分集增益结合的能力，与传统的符号率采样OSDM系统相比，该系统的矢量内频率分集增益更高。在这种情况下，每个OSDM符号矢量都等价地通过多个虚拟信道进行传输。因此在接收端，对于每个矢量的均衡处理与多元接收具有相似的结构。数值仿真结果可以很明显看出相较于传统OSDM系统而言，本发明所提出的时域过采样OSDM系统性能得到较明显的提升。此外，通过利用复合信道矩阵分解，本发明所使用的均衡算法具有近似线性的计算复杂度，使得所提出的时域过采样OSDM系统具有实用价值。

主权项

1.一种基于时域过采样的正交信分复用水声通信方法，其特征在于步骤如下：步骤1、基于时不变信道构建时域过采样OSDM系统模型：OSDM系统的发射信号为：其中，F_N表示N点傅里叶变换酉矩阵，(·)^H表示矩阵的Hermitian转置，I_M表示M维单位矩阵，表示克罗内克积；对信号添加循环前缀并进行载波调制后发送到水声信道中；以G/Ts的采样率在通信接收端对接收到的OSDM信号进行采样，其中Ts是符号周期，G是过采样因子；基带接收信号r的长度为K＝GK，信道冲激响应矢量c的长度为L＝GL，去除载波与循环前缀后的过采样OSDM系统基带接收信号r表示为：式中：其中，i_G(n)表示单位矩阵I_G的第n列，s表示K×1维发射信号项，n表示K×1维噪声项，表示K×K维循环信道矩阵，的第一列元素为0_K‑L‑1表示长度为K‑L‑1的全零向量；对r进行逐M列N点离散傅里叶变换得到接收符号块x，表示为：接收符号块x的第n项为：式中Hn＝diag{[Hn,HN+n,...,H(M‑1)N+n]T}   (7)其中，fN(n)表示酉矩阵FN的第n列，dn＝[d]nM:nM+M‑1表示过采样OSDM系统发射符号块d的第n项，xn＝[x]nM:nM+M‑1表示过采样OSDM系统接收符号块x的第n项；步骤2：根据实际中水声信道通常的时变性，考虑IVI的影响，在接收端采用零向量进行多普勒补偿：式中，其中，∈为CFO参数，Ts为每个OSDM符号的时间间隔；CFO参数的估计为：其中：Sz表示零向量索引；步骤3、信道均衡：定义和将与代入上述定义表示为：式中，定义M×M维子矩阵Hn,g＝[Hn]gM:gM+M‑1,gM:gM+M‑1,0≤g≤G‑1，式(13)改写为：式中，上式表明：过采样OSDM系统中的每个符号矢量等效地在对应于的G个虚拟信道上传输，由此获得除OSDM中的矢量内频率分集之外更多的分集增益；虚拟信道之间通常是相关的，因此分集阶数小于G；对过采样OSDM系统进行MMSE均衡，得到对发射符号块d的估计，表示为：式中，其中，Wn表示MMSE均衡的系数矩阵；计算系数矩阵Wn需要对过采样信道冲击响应矢量c和噪声方差σ2进行估计：在每个OSDM块中等间隔插入U个导频向量，并设UM＞L，同时定义导频向量的索引表示为Sp＝{p0,p1,...,pU‑1}，其中pu＝uΔ，Δ＝N/U；根据式(7)、式(13)和式(14)得：式中，定义并将U个导频向量叠加在一起，得到过采样信道冲激响应矢量c的最小二乘估计：选择频移Chu序列作为导频向量，表示为：其中，b_M表示长度为M的Chu序列。在此种情况下，从而简化了对于过采样信道冲激响应矢量c的估计，表示为：在每个OSDM块中插入零向量，噪声方差使用多普勒补偿后相应解调矢量的平均功率来度量，表示为：其中，V表示零向量的个数。