[发明专利]一种水声正交频分复用异步多用户接入方法

说明书

本发明属于水声通信领域，具体涉及一种水声正交频分复用异步多用户接入方法。本发明包括：重叠截断；干扰消除；频域过采样；多用户信道估计与解码；干扰重构。本发明基于滑动迭代结构，利用重叠截断方法建立异步干扰模型，在相邻两个符号间进行迭代干扰消除和干扰重建，然后将干扰消除后的接收信号等效为准同步的多输入多输出(MIMO)系统实现多用户数据解码；可以较好的兼顾处理延迟和解码性能，具有实际应用价值。

技术领域

本发明属于水声通信领域，具体涉及一种水声正交频分复用异步多用户接入方法。

背景技术

随着海洋开发的不断深入，应用于水声传感器网络的物理层通信技术正不断受到关注。水声传感器网络希望在有限的频谱资源中提高带宽利用率，增大网络吞吐量。空分多址接入 (space-division multiple access，SDMA)技术允许多个用户在相同的时隙共享相同的频谱资源，是有效提高系统容量的方法之一。多用户正交频分复用(orthogonalfrequency division multiplexing，OFDM)系统就是一个典型的空分多址接入系统，所有用户共享相同时隙和子载波。考虑一个包含多个分布式用户和单个网关节点的上行水声通信系统，网关节点上安装多个接收阵元，如图1所示。多个用户的发送信号交叠达到同一接收端，接收端需要利用各用户多径信道的独立性将各个信号分离开来。若在理想同步条件下，即同步多用户 OFDM系统中，接收信号的各个子载波之间是独立的，可以利用传统的多输入多输出 (multiple-input，multiple-output，MIMO)系统进行多用户数据解码。然而同步接入系统通常要求网关节点和用户、以及各用户之间的协作，保证严格的时隙分配，而这种协作往往需要反馈信道来实现。考虑到水声信道的大传播时延特点，该种协作反馈无疑极大增加了网络负担。因此实际水下应用中更希望网关节点具备支持异步多用户接入的能力。

公开号为CN201510175542的专利文件中公开了一种水声OFDMA上行通信稀疏信道估计与导频优化方法。在发送端建立基于梳状导频的多用户压缩感知稀疏信道估计模型，得到测量矩阵互相关表达式；根据测量矩阵互相关表达式，在发送端进行导频图案和导频功率联合优化，减少压缩感知信道估计模型下的测量矩阵互相关；在接收端利用多用户压缩感知稀疏信道估计模型，并结合导频图案和导频功率联合优化的导频信息，采用压缩感知框架下的匹配追踪算法实现多用户稀疏信道估计，具有能够减小估计误差的优点。而本发明针对水声OFDM 系统异步多用户接入引起严重的OFDM符号间干扰问题，提出一种基于滑动迭代的异步多用户接入系统。首先利用重叠截断方法建立异步干扰模型，在相邻两个符号间进行迭代干扰消除和干扰重建，然后将干扰消除后的接收信号等效为准同步的MIMO系统实现多用户数据解码。该发明可以较好的兼顾处理延迟和解码性能，具有实际应用价值。

发明内容

本发明的目的在于针对水声OFDM系统异步多用户接入引起严重的OFDM符号间干扰问题，提出一种水声正交频分复用异步多用户接入方法。

本发明的目的是这样实现的：

(1)重叠截断：首先将接收的时域波形截断为独立处理单元进行解码，每个截断单元包括前向干扰、期望信号和后向干扰三部分；

(2)干扰消除：利用上次迭代中得到的干扰估计对当前截断单元进行干扰消除；

(3)频域过采样：对干扰消除后的截断单元进行频域过采样处理；

(4)多用户信道估计与解码；对频域过采样后的多用户叠加的频域信息，采用匹配追踪信道估计算法对每个用户进行信道估计与解码；

(5)干扰重构；利用信道估计及解码数据，通过逆傅里叶变换重构相邻单元的前向干扰与后向干扰的时域波形；

(6)处理当前截断单元时，额外存储相邻的下一个截断单元信号，在当前截断单元和下一截断单元之间共解调3次。