[发明专利]一种移动条件下的时间反转方法

说明书

本发明提供了一种移动条件下的时间反转方法，利用时域和频域基于傅里叶变换的对偶性，提出了时频反转技术，能够同时做到信道的时频聚焦，改善通信系统的性能。本发明在时延‑多普勒双扩展水声信道下，针对时间反转技术无法同时做到时延和频偏双聚焦的问题，提出了一种时频反转技术，能够同时对多径和多普勒所产生的偏移进行聚焦，有效改善移动水声通信系统的性能。

技术领域

本发明涉及信号处理领域，具体涉及移动水声通信技术，时间反转技术等。

背景技术

由于声波在海洋中的传播速度较慢以及通信设备之间的相对运动和风浪、洋流等因素的影响，使接收端接收到的信号是由不同时延、不同多普勒偏移的多路信号叠加，因此移动水声信道通常具有时延和多普勒的双扩展特性，严重影响了水声通信系统的性能，一种有效解决移动水声信道双扩展特性的方法是对多径时延和多普勒偏移进行聚焦。

时间反转技术(Time Reversal Mirror，TRM)基于传输互易性和时反不变性原理，利用复杂的多径信道特性实现接收信号在时间上的聚焦，自适应地利用多径能量达到增强主径能量的目的，是一种简单有效的抗多径衰落方法。但移动水声信道属于时延、多普勒双扩展信道，时间反转技术只能做到时间上的聚焦，而无法做到频率聚焦，目前针对此问题采取的解决方案主要有先进行多普勒补偿后再时反，但只有在水声信道的各个路径具有相同的多普勒频偏下这种方案才会获得较好的效果，实际由于发射声线到达接收端的角度不同，各个路径具有不同的多普勒频偏，因此其效果不理想。

发明内容

为了克服现有技术的不足，本发明提供一种移动条件下的时间反转方法。由于多径在时域上表现为时间上的偏移，多普勒在频域表现为频率的偏移以及时域与频域基于傅里叶变换的对偶性，本发明提出了一种时频反转技术，能够同时对多径和多普勒频偏进行聚焦，有效地解决了移动水声信道的双扩展特性所带来的通信性能下降问题。本发明在移动双扩展水声信道下，针对时间反转技术无法同时做到时延和频偏双聚焦的问题，提出了一种时频反转技术，能够同时对多径和多普勒所产生的偏移进行聚焦，有效提高移动水声通信系统的性能。针对时间反转技术无法同时做到时延和频偏双聚焦的问题，其根本原因是时反只能做到在时间上的聚焦，故其所聚焦的各个路径上都带有多普勒频偏，因此本发明利用时域和频域基于傅里叶变换的对偶性，提出了时频反转技术，能够同时做到信道的时频聚焦，改善通信系统的性能。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案的主要步骤如下：

步骤1：发射通信信号s(t)；

步骤2：通信信号s(t)经延迟-多普勒信道后得到接收信号r(t)；

步骤3：建立时频反转信道；

对延迟-多普勒信道进行时频反转，时频反转信道h_TFR(τ，v)为：

h_TFR(τ，v)＝h(-τ，-v) (1)

步骤4：建立相位预补偿下的时频反转信道

在步骤3时频反转信道的基础上乘以相位补偿项，相位预补偿下的时频反转信道表示为：

步骤5：令接收信号r(t)通过相位预补偿下的时频反转信道

其中y(t)为接收信号r(t)经相位预补偿时频反转信道后得到的信号；

步骤6：采用相干解调方式对信号y(t)进行解调；

在接收端恢复出和发送信号相同的载波信号，采用相干解调的方式对信号y(t)进行相干解调，对解调后的码元信号进行抽样判决，大于0的码元判为1，小于0的码元判决为0，即转化成二进制数据，从而完成通信传输。