[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有效

专利信息
申请号: 201910054153.7 申请日: 2019-01-21
公开(公告)号: CN109802911B 公开(公告)日: 2020-07-10
发明(设计)人: 秦祥照;瞿逢重;吴叶舟;陈鹰;徐敬 申请(专利权)人: 浙江大学
主分类号: H04L27/26 分类号: H04L27/26;H04B13/02
代理公司: 杭州求是专利事务所有限公司 33200 代理人: 郑海峰
地址: 310058 浙江*** 国省代码: 浙江;33
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摘要:
搜索关键词: 一种 适用于 modem 快速 信道 估计 信号 同步 方法
【说明书】:

发明公开了一种适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法,适用于水声modem实时在线解调领域。本发明通过设计水声通信modem物理层数据链路块导频信号,利用快速傅里叶变换与子空间投影,实现水声信道的快速估计与在线解码的过程,与此同时,利用伪随机序列的周期自相关特性,实现快速解相关过程,实现物理层信号同步。相对于一般时域水声信道估计与信号同步方法,该算法优势在于,可以用数字信号处理器(DSP)与现场可编程门阵列(FPGA)等系统的快速实现,在保证信道估计的同时,降低了运算复杂度。尤其适用于稀疏水声信道估计。

技术领域

本发明涉及一种适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法,适用于水声通信领域的快速信道估计与物理层数据块的信号同步。

技术背景

实时水声通信样机或者水声modem较难实现高速低误码率性能表现,原因在于水声信道具有动态双扩展特性,现有信道估计方法,一般来源于无线信道。涉及逆问题求解,经典的信道估计方法包括最小二乘估计、最小均方误差估计、压缩感知估计等。但是不同于无线信道具有瑞利衰落特性与较短信道冲击响应。水声信道具有长时延特性,逆问题求解的运算复杂度很高,不能满足实时水声通信系统的需求。基于系统实时性与可靠性的考虑。本发明提出了一种快速信道估计与信号同步的方法。

发明内容

本发明涉及一种快速水声信道估计与信号同步方法,主要包括两方面发明内容:(1)通过设计物理层数据块的导频信号:两个相同的具有周期自相关特性的伪随机序列按照时间顺序依次排列,能将信号矩阵变成完全循环移位矩阵,适合快速傅里叶变换,通过傅里叶变换,实现信道初步估计,与此同时,通过伪随机序列完美的周期自相关特性,能够实现信号的同步;(2)通过迭代算法和空间投影算法对初步估计的信道进行迭代更新,与传统方法比较,提高估计精度,降低了运算复杂度。

本发明是通过以下技术方案来实现的:

一种适用于水声modem的快速信道估计与信号同步方法包括如下:

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;

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。

优选的,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,sk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,Tjc操作可以将伪随机序列循环移位j个码片长度。

优选的,所述步骤2),具体为:

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