[发明专利]稀疏信道条件下正交频分复用扩频水声通信无导频判决反馈信道估计方法

说明书

本发明公开了一种稀疏信道条件下正交频分复用扩频水声通信无导频判决反馈信道估计方法，包括：1）OFDM频域信息提取；2）将步骤1）提取的频域信息送给扩频识别模块进行扩频识别；3）将步骤2）扩频识别的结果送给判决反馈回路模块，对水声信道进行迭代学习，重建信道；4）对利用重建信道进行均衡后的数据解扩输出。本发明利用水声信道的稀疏特性对扩频信号进行有效识别，并利用识别结果对水声信道响应进行判决反馈估计，从而实现对水声信道的可靠重建，并且在不损失通信质量的前提下，可以可靠实现对水声通信信号的均衡，有效提高水声通信速率。

技术领域

本发明涉及水声通信、信道估计技术领域，针对正交频分复用扩频水声通信技术需要添加用于信道估计的导频信息导致的有效通信速率下降的问题，提出了一种稀疏信道条件下正交频分复用扩频水声通信无导频判决反馈信道估计方法。该方法利用水声信道的稀疏特性对扩频信号进行有效识别，并利用识别结果对水声信道响应进行判决反馈估计，从而实现对水声信道的可靠重建，并且在不损失通信质量的前提下，可以可靠实现对水声通信信号的均衡，有效提高水声通信速率。

背景技术

近年来，有着高频谱利用率的正交频分复用(OFDM)技术结合具有隐蔽可靠、截获概率低的直扩频(DSSS)技术一直以来都倍受水声通信研究者的关注。受浅海水声信道多径传播的影响，信道的频域响应呈现梳状周期性衰落，正交频分复用扩频技术在上述环境中应用时，通常需要对多径信道频域响应的相位和幅度发生畸变进行估计并补偿，才能有效获取扩频增益。此外水声信道呈现缓慢时变的特点，因此OFDM_DSSS(正交频分复用-直扩频)通信系统需要添加额外的导频信息以实现对时变水声信道响应的估计与跟踪，大量的导频开销导致水声通信效率的显著下降。国内外关于OFDM扩频水声通信技术的研究较多,其中包括：比较差分扩频技术和非相干扩频技术在多径多用户干扰环境下的应用效果，得到了在强干扰条件下非相干扩频技术比差分扩频技术鲁棒性更好的结论；一种时频联合分集的OFDM通信技术，通过对信号进行时频交织，充分地利用了时间和频率上的分集增益，特别是在快衰落信道中，能够有效避免异步下正交性遭到破坏带来的严重多址干扰，取得了比OFDM结合直接序列扩频技术更好的实验结果；一种循环移位(Code Shift Keying,CSK)扩频OFDM水声通信方法，利用OFDM技术和CSK扩频技术，极大地提高系统带宽利用率，利用自相关性能好的Chu序列作为系统扩频码，通过快速傅里叶变换的方式有效地降低了系统复杂度；一种正交M元CSK扩频水声通信方法，结合正交载波、M元和CSK技术，充分利用扩频码良好的相关特性，将信息调制在不同序列、不同码元相位和不同通道上，为高速扩频水声通信提供了一种新的解决方案。以上国内外的研究均是对扩频技术在水声信道环境中的应用进行探讨，并未涉及水声信道适应性的问题，因此上述各种方法均需要添加导频以实现对信道的估计。

另外，现有的国内外技术还包括：一种以相同调频斜率、不同中心频率、频带相互重叠的正交啁啾信号作为OFDM子载波的频域扩频方式，利用多径信号只在频域上拓展的特点,在频率上分离各个途径信号,从而抑制频率选择性衰落，同时利用时间反转镜技术在发送端对信号进行预处理，使得接收信号获得多径分集增益，有效提高了通信质量，降低了信号解调的复杂度；信道预处理结合判决反馈的正交频分复用扩频水声通信系统，利用信道估计的信息在发射端构建预处理矩阵，通过对发射信号进行响应的预处理来提高发射效率并降低接收机复杂度。以上几种国内外的研究所提出的方法根据信道状况事先对待发送信号进行预处理，从而避免了通信过程中导频信息的添加，然而该类方法需要在通信前掌握信道状态以针对性的进行信号预处理工作，其虽然可以降低接收端的信号处理复杂度，但并不会提高通信系统的通信效率，并且对信道的稳定性要求很高，对于快速时变的水声信道环境并不适应。

发明内容