[发明专利]基于稳态均方误差的水声通信自适应调制方法

说明书

本发明涉及水声通信技术领域，具体的说是一种特别适用于实际水声通信系统，能够有效提高通信系统传输可靠性的基于稳态均方误差的水声通信自适应调制算法，其特征在于发送端首先发送信号用以与接收端建立链接，对接收信号进行处理，获得均方误差SMSE，并转换为SNR；而后，反馈给发送端进行调制方式的自适应选择，本发明与现有技术相比，并不需假设水声信道状态信息已知，基于盲均衡的输出SMSE实现调制方式的自适应调整，且该指标考虑了水声信道不同对检测性能的影响，盲均衡器的抽头长度能根据具体的水声信道自适应调整。

技术领域：

本发明涉及水声通信技术领域，具体的说是一种特别适用于实际水声通信系统，能够有效提高通信系统传输可靠性、不需假设信道状态信息已知的基于稳态均方误差的水声通信自适应调制算法。

背景技术：

随时间空间变化的多径和有限的带宽对通信系统可实现的吞吐量产生了显著限制。而非自适应的链路传输为保证系统处于可接受的性能，系统一般仅针对最坏信道条件进行设计，这导致信道容量未得到充分利用。特别是对于水声环境，水声信道具有带宽窄的特性，为了充分利用有限的带宽，提高频谱利用率，水声通信中的自适应调制算法研究开始受到国内外研究人员的重视。

现有关于自适应调制的研究主要集中于陆上通信系统，针对于水声环境下的研究有限。近来，文献Radosevic A,Ahmed R,Duman T M,et al.Adaptive OFDM modulationfor underwater acoustic communications:Design considerations and experimentalresults[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2014,39(2):357-370 提出了一种基于信道预测的自适应调制方案，该方案实现前提是已估计出之前时刻的信道信息，而后基于之前时刻的信道信息预测未来的信道信息，以实现调制方式的调整。文献Wan L,ZhouH,Xu X,et al.Adaptive modulation and coding for underwater acoustic OFDM[J].IEEE Journal of Oceanic Engineering,2015,40(2): 327-336提出了一种基于信噪比的自适应调制方案，该方案利用估计出的信道状态信息计算出有效信噪比，用作为度量标准进行调制方式的调整。但这两种自适应调制方法均需要假设水声信道状态信息(ChannelState Information,CSI)已知，但由于水声信道的复杂多变性，CSI很难获得。

自适应调制系统总体结构如图1所示。工作时首先，发射机发送信号与接收机建立链接。而后，接收端根据接收信号进行信噪比估计，并反馈给发射机，用于实现调制方式的自适应选择。

调制信号s(n)经水声信道后的接收信号为：

r(n)＝s(n)*h(n)+v(n) (1)

其中，h(n)为水声信道的冲激响应，由BELLHOP模型获得，v(n)是加性高斯白噪声,均值为零，方差为*表示卷积运算；

已有的基于信噪比的自适应调制方案如下：其中，如图2给出的接收端的系统框图所示，接收信号一方面送入盲均衡器，恢复发送的调制信息；一方面用于估计信噪比(Signal-to-Noise Ratio,SNR)，以反馈给发送端进行调制方式的自适应选择。

对于信噪比估计，在基于最小方差准则(Least Square,LS)实现信道估计之后，据信道估计结果进行SNR计算。信道估计通过已知训练序列进行估计，其基本原理是估计信道冲激响应，最小化估计的信道冲激响应与实际信道冲激响应的误差。接收信号如公式(1)所示，其频域形式可表示为：R＝HS+V (2)

信道估计的代价函数表示为：

对上式求偏导可得：

由此，得出信道的冲激响应函数为：