[发明专利]一种自适应水声通信方法

说明书

本发明涉及一种水声通信方法领域，具体涉及一种基于信道预测的自适应调制与功率分配的OFDM水声通信方法。该方法包括：发射端发送测试信号，接收端对接收信号进行处理，估计得到时信道冲激响应估计结果；利用自适应信道预测方法对时域信道冲激响应进行预测；将预测信道结果通过信令传输反馈给发送端，获得自适应传输所需的信道状态信息；发送端根据信道状态信息基于自适应分配算法确定每个子载波的通信参数，并根据通信参数对子载波进行自适应调制和功率分配；发射端发射OFDM信号，实现自适应水声通信。在时域上进行信道预测，减少反馈冗余的同时提高预测精度；利用自适应分配算法对子载波进行比特和功率分配，提高在陌生环境下的实用性。

技术领域

本发明涉及一种水声通信方法领域，具体涉及一种基于信道预测的自适应调制与功率分配的OFDM水声通信方法。

背景技术

水声信道中存在着多途扩展严重、频带资源有限等问题，不同水文环境、同一环境不同时刻、不同频点对应的水声信道衰落特性不尽相同。传统的多载波OFDM水声系统对每个子信道采用相同的通信参数，没有充分利用频谱资源。

自适应技术相比传统的固定通信模式可以更好的适应复杂的水声信道并提高通信效率，充分利用频带资源。然而自适应技术在水声通信领域中还处于摸索阶段，大多数的自适应水声通信系统选择固定阈值法或模式切换方式对子载波或子带进行调制，需要预先测量水域环境，根据不同通信方式的误码率曲线确定模式切换阈值，这无疑降低了自适应技术对于不同水域环境的实用性。

自适应技术需要根据信道状态信息实时调整传输参数，受传输时延影响，通过传统信道估计的方法获取的信道状态信息相对于即将发射数据时刻的信道会存在过时的问题，在快时变信道中性能严重下降。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应水声通信方法。

一种自适应水声通信方法，所述方法包括如下步骤：

(1)发射端发送测试信号，接收端对接收信号进行处理，估计得到时信道冲激响应估计结果；

(2)利用自适应信道预测方法对时域信道冲激响应进行预测；

(3)将预测信道结果通过信令传输反馈给发送端，获得自适应传输所需的信道状态信息；

(4)发送端根据信道状态信息基于自适应分配算法确定每个子载波的通信参数，并根据通信参数对子载波进行自适应调制和功率分配；

(5)发射端发射OFDM信号，实现自适应水声通信。

所述步骤(1)中，发射端发送OFDM通信信号，接收端对接受信号解码，得到多个时刻的时域信道数据为：

式中，l＝0,1,...,K-1，K为信道长度，p为预测阶数，为m-p时刻的信道估计值,为m时刻的信道估计值，为m时刻的时域信道数据。

在l个时间抽头上，用当前和过去的p个信道采样值依次进行信道预测，通过自适应信道预测算法得到最佳预测系数w[m；l]，获得未来时刻的信道冲激响应，信道预测的更新方程为

式中，w[m；l]为预测系数向量，w^H[m；l]为w[m；l]的共轭转置向量，为m+1时刻的信道预测值。

所述步骤(3)中，发送端通过离散傅里叶变换将预测信道转换到频域，得到自适应系统所需的信道状态信息。

所述步骤(4)中，自适应分配算法实现在一定通信速率b_target和发射功率P_T下，使系统的误码率性能达到最优的目标，系统所用的优化准则表示为：

min BER