專利名稱：一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法
技術領域：
本發(fā)明屬于水聲通信領域，特別涉及一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法。
背景技術：
水聲通信技術無論在國防還是民事方面都有廣闊的應用前景，水聲信道中復雜時變的信道結構會造成接收端嚴重的碼間干擾，一般來說，對抗碼間干擾的方法有三種單載波時域均衡、單載波頻域均衡和多載波頻域均衡。在水聲信道中，單載波系統(tǒng)相對多載波系統(tǒng)而言，具有峰均比高、載波相位易于跟蹤等優(yōu)點。對于單載波系統(tǒng)來說，可以采用時域均衡或頻域均衡補償水聲信道造成的碼間干擾。時域均衡由于可以以符號速率自適應調節(jié)均衡器系數(shù)，因而能夠實時跟蹤信道的變化，但當信道結構過于復雜比如信道時延較長時，會造成均衡器階數(shù)過長，計算復雜度過大，某些情況下甚至不能收斂；頻域均衡可以在信道結構復雜的情況下工作，但由于其均衡器系數(shù)是建立在信道估計的基礎上，對信道估計的要求較高，一般需要較高的信噪比。另外，當信道在信號幀時間內發(fā)生變化吋，幀頭的信道估計誤差會造成均衡性能下降。另一方面，無論對于時域均衡還是頻域均衡來說，由于均衡器的階數(shù)是有限長的，同一信道結構在時間正向處理和時間反向處理時所產生的性能也不相同，例如在某些非最小相位信道條件下時間反向的時域均衡效果優(yōu)于時間正向的時域均衡。因此，在水聲通信中，現(xiàn)有的單載波系統(tǒng)無論是單獨使用時域均衡或是頻域均衡，還是單獨使用時間反向的時、頻域均衡，都存在性能較差的情況，也就限制了這些通信信號處理方法的使用范圍。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在干，為解決上述問題，本發(fā)明提出一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，以使得滿足接收機計算復雜度的要求下實現(xiàn)可靠的水下通信。為實現(xiàn)上述發(fā)明目的，提出一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法， 該方法基于若干個信號幀和塊同步頭進行；其中，一個塊同步頭和若干個信號幀組成ー個數(shù)據(jù)塊；一個信號幀包括幀頭和若干個子幀數(shù)據(jù)組成，其中的每ー個子幀數(shù)據(jù)依次為特字UW、數(shù)據(jù)Data、特字UW和插零ZP ；所述的處理方法具體步驟包括步驟1)所述的塊同步頭使用m序列碼用時域和頻域ニ維搜索的方法進行時頻ニ 維同步，獲得塊時間同步和多普勒頻偏；步驟2)根據(jù)所述的步驟1)中的塊時間同步得到信號幀，同時獲得信號幀的幀同步頭，所述的幀同步頭使用m序列碼在時域和頻域ニ維搜索的方法進行時頻ニ維同步，獲得幀時間同步和多普勒頻偏，并對當前幀的信道估計；步驟幻根據(jù)所述的步驟2、得到的多普勒偏差對信號幀進行多普勒補償獲得幀數(shù)據(jù)；步驟4)對所述的步驟3)得到的幀數(shù)據(jù)進行時間反向；
步驟幻對時間正向時域均衡算法和時間反向時域均衡算法計算量估計，把所述的步驟3)獲得的幀數(shù)據(jù)和所述的步驟4)獲得的時間反向的幀數(shù)據(jù)作為時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法的輸入，根據(jù)最小均方誤差的原則選出均方誤差最小的算法作為解碼方法；其中，所述的時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法包括時間正向時域均衡算法、 時間反向時域均衡算法、時間正向頻域均衡算法和時間反向頻域均衡算法；設ー幀信號的等效基帶數(shù)據(jù)IrJ中，數(shù)據(jù)Data為{dj，{dffl}前的是特字UW，此 UW記為luk}，{dm}后的是特字UW，此UW記為{vk}；時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法的輸入信號包括IrJ和丨と}，對{%}和丨ち}進行時域均衡，并記錄下時域均衡器的參數(shù)值， 得到誤差序列{euk}和( };對該幀信號進行頻域均衡，得到整幀信號的軟信息和誤差序列 レゾ和{evk}；其中，k= 1，2，3···Κ，πι= 1，2，3···Μ，η= 1，2，3…N ；る表示rm的時間反向信號；{dj前的是特字UW與{dj后的是特字UW內容一祥，為后續(xù)方便標記，把{dj前的特字 UW記為IuJ，把{dj后的特字UW記為IvJ。當時間正向時域均衡算法的計算量大于接收機要求吋，分別計算時間反向時域均衡算法、時間正向頻域均衡算法和時間反向頻域均衡算法的均方誤差；
權利要求
1. 一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，該方法基于若干個信號幀和塊同步頭進行；其中，一個塊同步頭和若干個信號幀組成一個數(shù)據(jù)塊；所述的信號幀包括幀頭和若干個子幀數(shù)據(jù)組成，其中的每一個子幀數(shù)據(jù)依次為特字UW、數(shù)據(jù)Data、特字UW和插零ZP ；所述的處理方法具體步驟包括步驟1)所述的塊同步頭使用m序列碼用時域和頻域二維搜索的方法進行時頻二維同步，獲得塊時間同步和粗略的多普勒頻偏；步驟2)根據(jù)所述的步驟1)中的塊時間同步得到信號幀，同時提取信號幀的幀同步頭，并在步驟1)獲得的粗略的多普勒頻偏附近范圍內，使用m序列碼在時域和頻域二維搜索的方法對幀同步頭進行時頻二維同步，獲得幀時間同步和精確的多普勒頻偏，并對當前幀的信道進行估計；步驟幻根據(jù)所述的步驟幻得到的多普勒頻偏對信號幀進行多普勒補償獲得幀數(shù)據(jù)；步驟4)對所述的步驟3)得到的幀數(shù)據(jù)進行時間反向；步驟幻對時間正向時域均衡算法和時間反向時域均衡算法計算量估計，把所述的步驟3)獲得的幀數(shù)據(jù)和所述的步驟4)獲得的時間反向的幀數(shù)據(jù)作為時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法的輸入，根據(jù)最小均方誤差的原則選出均方誤差最小的算法作為解碼依據(jù)；其中，所述的時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法包括時間正向時域均衡算法、時間反向時域均衡算法、時間正向頻域均衡算法和時間反向頻域均衡算法；設一幀信號的等效基帶數(shù)據(jù)IrJ中，數(shù)據(jù)Data為{dm}，{dj前的是特字UW，此UW記為 IuJ，{dj后的是特字UW，此UW與{dj前的特字UW內容相同，為表述方便記為{vk}；時間正反向時域頻域均衡聯(lián)合處理算法的輸入信號包括IrJ和{&}，對{uk}和丨進行時域均衡，并記錄下時域均衡器的參數(shù)值，得到誤差序列{ej和丨對該幀信號進行頻域均衡， 得到整幀信號的軟信息和誤差序列( }和IeJ ；其中，k= 1，2，3…K，m= 1，2，3…M，n = 1，2，3…N元表示rj々時間反向信號；當時間正向時域均衡算法的計算量大于接收機要求時，分別計算時間反向時域均衡算法、時間正向頻域均衡算法和時間反向頻域均衡算法的均方誤差；
2.根據(jù)權利要求1所述的信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，其特征在于，所述的步驟5)中，當前信道與參考信道的相關值大于0. 9時，直接沿用前一幀信號使用的方法進行解碼。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，其特征在于，所述的步驟幻采用插值的辦法對信號幀進行多普勒頻偏補償。
4.根據(jù)權利要求1或2所述的信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，其特征在于，所述的步驟2~)信道估計包括利用所述的幀頭信息的信道估計初始化參考信道；若已經有參考信道，則判斷當前信道與參考信道的相關性，若相關值小于給定的經驗值，利用所述的幀頭信息的信道估計更新參考信道；若相關值大于等于給定的經驗值，參考信道保持不變。
5.根據(jù)權利要求1或2所述的信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，其特征在于，所述的特字UW的序列采用Frank-hdoff序列、Chu序列或添加直流分量的PN序列。
6.根據(jù)權利要求1或2所述的信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，其特征在于，所述的參數(shù)值包括時域均衡器系數(shù)、鎖相環(huán)的相位信息和跟蹤步長。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種信道自適應單載波水聲相干通信信號處理方法，該方法基于若干個信號幀和塊同步頭進行；其中，一個塊同步頭和若干個信號幀組成一個數(shù)據(jù)塊；一個信號幀包括幀頭和若干個子幀數(shù)據(jù)組成，其中的每一個子幀數(shù)據(jù)依次為特字UW、數(shù)據(jù)Data、特字UW和插零ZP；塊頭和幀同步頭分別使用m序列碼在時域和頻域二維搜索的方法進行時頻二維同步，獲塊時間同步、幀時間同步和多普勒頻偏，并對當前幀的信道估計；根據(jù)多普勒頻偏對信號幀進行多普勒補償獲幀數(shù)據(jù)；并進行時間反向；然后時間正向幀數(shù)據(jù)和時間反向幀數(shù)據(jù)作為輸入信號利用在判選準則控制下的時間正反向時頻域均衡聯(lián)合處理算法進行選擇解碼方法，對信號中數(shù)據(jù)Data進行解碼。
文檔編號H04L27/26GK102546486SQ20111004818
公開日2012年7月4日 申請日期2011年2月28日 優(yōu)先權日2010年12月14日
發(fā)明者賈寧, 郭中源, 陳巖, 陳庚, 馬力, 黃建純 申請人:中國科學院聲學研究所