[发明专利]一种虚拟时间反转水声OFDM信道均衡方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种虚拟时间反转水声OFDM信道均衡方法。

背景技术

水声信道具有带宽有限、多径干扰严重、空变、时变、频变等特点，尤其对于浅海水声信道，受海底地形以及声速分布的影响，信道非常复杂，信道多途时延往往达到上百毫秒，对水声通信带来了严重的干扰。OFDM（正交频分复用）具有频带利用率高、抗频率选择性衰落、均衡简单等优点，被广泛应用在近程高速水声通信中，但是为了克服长多途时延带来的符号间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)，需要加入大于信道最大多途时延长度的循环前缀，并插入较密的导频以及加入纠错编码等，这将造成OFDM频带利用率的严重下降，因此，如何减小多途信道对OFDM的干扰成为高速水声通信的关键问题之一。

信道均衡技术是克服信道多途带来的干扰的有效方法，常用的OFDM信道均衡方法是基于导频的频域信道均衡算法，通过在时域或频域插入已知的序列，并在接收端估计出信道频率响应。现有的信道均衡算法，如最小平方(LS)、最小均方误差(MMSE)等，均需要加入大于信道最大多途时延的循环前缀克服ISI和ICI，并加入较密的导频估计信道，严重限制了OFDM的通信速率。

发明内容

本发明目的在于提供一种虚拟时间反转水声OFDM信道均衡方法，能够有效缩短信道长度，减小多途带来的码间干扰，提高OFDM频带利用率。

实现本发明目的技术方案：

一种虚拟时间反转水声OFDM信道均衡方法，在OFDM符号内加入大于信道最大多途时延长度的循环前缀和循环后缀，其特征在于：

步骤1：发射端发射信号中加入用于信号估计的探测信号；

步骤2：接收端完成同步过程，提取接收的探测信号；根据接收的探测信号，估计信道冲激响应；

步骤3：根据估计的信道冲激响应，完成虚拟时反OFDM信道均衡；

步骤4：对均衡后的信号串并转换，去循环前缀和循环后缀，完成解调过程。

步骤1中，选用伪随机序列经过OFDM调制后作为探测信号。

步骤2中，根据接收的探测信号，利用匹配追踪算法估计信道的幅度、时延和相位，估计信道冲激响应。

步骤3中，估计的信道冲激响应时间反转，与接收信号卷积，完成虚拟时反OFDM信道均衡。

本发明具有的有益效果：

本发明发射端发射信号中加入用于信号估计的探测信号，接收端根据接收的探测信号，估计信道冲激响应，完成虚拟时反OFDM信道均衡；利用虚拟时间反转信道均衡算法，可以有效的缩短信道长度，提高接收信噪比，减小多途信道带来的ISI和ICI，提高OFDM频带利用率，实现自适应信道均衡。本发明利用匹配追踪算法估计信道的幅度、时延和相位，估计精度高，可以准确的估计出信道冲激响应，为虚拟时反信道提供准确的信道信息。

附图说明

图1为VTRM技术的基本原理图；

图2为发射信号帧结构图；

图3为VTRM用于OFDM信道均衡的接收机实现框图；

图4为在OFDM符号中加入循环前缀和循环后缀的示意图。

具体实施方式

步骤1：根据虚拟时间反转镜（VTRM）原理，发射端发射信号中加入用于信号估计的探测信号；

如图1所示，VTRM技术的基本原理为，发射信息信号之前，先发送一个探测信号，根据探测信号估计出信道冲激响应，然后将其时间反转信号与接收信号做卷积，得到虚拟时反后的信号。

根据VTRM原理，设计发射信号帧结构如图2所示，帧头采用线性调频(LFM)信号进行帧定时同步，后面加入一个单频脉冲(CW)信号用于估计多普勒因子，在接收端用于消除多普勒频偏的影响，之后为探测信号，用于估计信道冲激响应，最后为OFDM符号。各个信号之间都留有一定的保护间隔，且保护间隔大于信道最大多途时延的长度。

步骤2：接收端完成同步过程，提取接收的探测信号；根据接收的探测信号，利用匹配追踪算法估计信道的幅度、时延和相位，估计信道冲激响应。

步骤3：根据估计的信道冲激响应，对卷积后的信号重新进行同步，完成虚拟时反OFDM信道均衡；

步骤4：对均衡后的信号串并转换，去循环前缀和循环后缀，完成解调过程。