[发明专利]一种适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法

权利要求书

1.一种适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法，其特征在于包括如下:

1)针对水声modem物理层数据链路块导频符号进行设计；导频信号采用两组相同的伪随机序列；

所述步骤1)，具体为：

步骤1.1:采用两组相同的伪随机序列作为物理层数据链路块的导频符号，发送信息符号序列表示为式(1)：

式(1)中，c表示伪随机序列向量，s_k表示第k个发送符号组向量，T为转置符号；

步骤1.2：伪随机序列具有循环移位特性，其性质可以表示为式(2)：

式(2)中，M表示伪随机序列的阶数，m表示伪随机序列中元素的下标，也表示信号时延，T是具有循环移位性质的矩阵算子，可以表示为式(3)，

式(3)中的矩阵算子具有以下的性质，T^jc操作可以将伪随机序列循环移位j个码片长度；

2)根据步骤1)用本地已知导频信号与接收信号进行循环移位相关运算，进行信号精确同步；

3)将步骤2)得到精确同步的信号，提取导频部分，与本地导频伪随机信号进行快速傅里叶变换与逆傅里叶变换，得到初步的信道估计结果；

4)将步骤3)得到的初步信道估计结果进行迭代的子空间投影，进行精细的信道估计；进行基于快速傅里叶变换的算法迭代，当更新达到收敛之后，停止迭代；

5)根据步骤4)利用估计出的水声信道用于在线解码，如达不到预期均衡解码效果，将均衡器输出结果重新进行信道估计；并重复步骤3)与步骤5)直至达到预期均衡解码效果。

2.根据权利要求1所述适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法，其特征在于所述步骤2)，具体为：

步骤2.1：用本地已知导频信号与接收信号序列y进行循环移位相关运算，其中，本地已知导频信号即伪随机序列；输入输出模型可以表示为式(4)：

v(j)＝[T^jc]^Ty (4)

式(4)中，v(j)为接收端循环移位操作的匹配输出；

步骤2.2：找到自相关匹配输出之后的峰值，如果用两个相同的伪随机序列，则会出现2个峰峰值，此时通过排序操作，可以确定两个峰峰值的位置，从而实现接收信号同步。

3.根据权利要求1所述适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法，其特征在于所述步骤3)，具体为：

步骤3.1：利用具有循环移位特性的导频符号，接收信号与发射信号的输入输出模型可以表示为

式(5)中，*表示共轭运算，为信道每条独立路径所对应的最大多普勒分量；z[i]为离散高斯噪声；采用矩阵表示，利用两组相同导频符号的周期循环特性，式(5)的离散卷积，可以表示为矩阵乘法式(6)

步骤3.2:对循环矩阵X进行本征值分解，可以得到快速傅里叶变换的形式，如式(7)

X＝F^HΛ_XF (7)

式(7)中，表示共轭转置运算，F为M×M阶的傅里叶矩阵，Λ_X是对角阵，其主对角线元素是发送信息符号序列x的傅里叶变换形式Fx；

步骤3.3：对式(6)中接收符号向量y做快速傅里叶变换，即有：

式(8)中，快速傅里叶矩阵与其自身共轭转置相乘为单位阵：FF^H＝I；信道h即可通过快速傅里叶变换估计，如式(9)

式(9)说明，可以通过对设计好的导频符号和接收信号分别做快速傅里叶变换，变换到频域表征，再对频域表征向量内部元素做点除操作，再对点除之后的频域信号进行逆傅里叶变换，得到估计的信道，式(9)还可以表示为：

式(10)中，./代表元素的点除运算。