[发明专利]一种基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法和装置

说明书

技术领域

本发明涉及无线通信技术，具体说，涉及一种利用空气声波进行通信的方法和装置，特别是涉及一种基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法和装置。

背景技术

随着智能终端产品的快速普及与推广，手机作为一种移动终端成了信息传递的重要载体。用户可以利用手机进行支付，接收声音广播信息等，由于可以采用空气声波通信技术在手机等移动终端进行软件开发来实现上述功能，具有方便性和较好的用户体验性，应用前景十分广阔。

但利用空气声信道，会面临一些问题。声波的反射和折射会产生复杂的多径效应，此外，由于收发过程的相对运动造成的多普勒效应严重。针对上述问题，采用相位频移键控调制并结合信道均衡技术可以抵消多径效应带来的码间干扰，均衡可分为时域均衡和频域均衡两种方式，其中时域均衡由于可以用符号速率自适应调节均衡器系数，跟踪载波相位，但当信道结构过于复杂比如信道时间延迟较长时，会造成均衡器阶数过高，计算的复杂度加大，在某些场合下甚至不能收敛；而频域均衡则可以在信道结构复杂的情况下工作，但其对多普勒频偏较为敏感。可以看出，时域均衡和频域均衡两种方式在复杂的空气声信道中应用时都各有不足。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提出一种基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法，使之扬长避短，兼具时域均衡和频域均衡两种方式的优点，既能避免在信道结构复杂下时域均衡方法的计算复杂度大，提高算法收敛的可能性，又能改善多普勒频偏空气声波信道下频域均衡的性能，以实现不同信道环境下的可靠空气声波通信。

为了解决本发明所提出的问题，本发明所述的一种基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法，分为发射端和接收端两个部分，发射端处理方法具体步骤包括：

步骤一、使用特定阶数的伪随机序列构造同步头数据，该同步头随后在接收端可以用来进行时频二维同步，获取接收信号的时频同步信息，并进行信道估计；

步骤二、使用如Frank序列、Zadoff-Chu序列和m序列等具有良好周期相关特性和恒幅特性的序列构造特字UW序列，用来作为接收端时域均衡的训练序列和频域均衡的循环前缀，还可以进一步提高信号估计的精度；

步骤三、建立数据帧，该数据帧结构包括同步头、特字UW、数据Data、特字UW、和插零ZP，这种帧结构的优点在于同时满足时域和频域均衡的要求，为接收端的联合处理提供了基础。

接收端处理方法具体步骤包括：

步骤一、对所接收的数据帧的同步头进行时频二维同步，获得时间和频率同步信息；

步骤二、根据时间同步信息，截取数据信号，根据频率同步信息，进行多普勒频偏补偿；

步骤三、进行信道估计；

步骤四、根据上述信道估计，计算信道长度参数L(单位为符号数)和多径个数M，并计算信道判决算子Q_C＝L×M；

步骤五、对信道判决算子Q_C进行判决，如果大于某一个设定的阈值，对所述多普勒频偏补偿后的数据进行频域均衡；反之，则对所述多普勒频偏补偿后的数据进行时域均衡；

步骤六、输出均衡后的结果。

如上所述的基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法，进行时频二维同步可以采用拷贝相关的方法，而所述特字UW，可以使用的序列包括但不限于Frank序列、Zadoff-Chu序列和m序列等。

附图说明

图1是本发明所述方法所采用的数据帧结构示意图；

图2为本发明所述的基于信道特征的空气声波通信信道均衡方法的流程图；

图3为本发明所述的基于信道特征的空气声波通信信道均衡装置的示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明。附图中所示和根据附图描述的本发明的实施方式仅仅是示例性的，并且本发明并不限于这些实施方式。

需要说明的是，为了避免因不必要的细节而模糊了本发明，在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的结构和/或处理步骤，而省略了与本发明关系不大的其他细节。

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

如图1所示，根据一个实施例，本发明所述方法所采用的数据帧结构包括同步头、插零ZP、特字UW、数据Data、特字UW、和插零ZP。这种帧结构的优点在于同时满足时域和频域均衡的要求，为接收端的联合处理提供了基础，其中特字UW可以同时用作时域均衡训练和频域均衡的循环前缀，还可以提高频域均衡中的信道估计精度。