[发明专利]一种水声正交频分复用异步多用户接入方法

摘要

本发明属于水声通信领域，具体涉及一种水声正交频分复用异步多用户接入方法。本发明包括：重叠截断；干扰消除；频域过采样；多用户信道估计与解码；干扰重构。本发明基于滑动迭代结构，利用重叠截断方法建立异步干扰模型，在相邻两个符号间进行迭代干扰消除和干扰重建，然后将干扰消除后的接收信号等效为准同步的多输入多输出(MIMO)系统实现多用户数据解码；可以较好的兼顾处理延迟和解码性能，具有实际应用价值。

主权项

1.一种水声正交频分复用异步多用户接入方法，其特征在于，包括如下步骤：(1)重叠截断：首先将接收的时域波形截断为独立处理单元进行解码，每个截断单元包括前向干扰、期望信号和后向干扰三部分；接收端为了便于解码，将接收的时域波形截断为独立处理单元进行解码；采用重叠截断方法，定义每个截断单元的长度为OFDM符号周期T加上最大到达时延ε_max，即第n个截断单元由三部分组成：①前向干扰：用户2～N_u的第n‑1个CP‑OFDM块的部分信号；②期望信号：N_u个用户的第n个CP‑OFDM块的完整信号；③后向干扰：用户1～N_u‑1第n+1个CP‑OFDM块的部分信号；则水听器v得到的长度为的第n个截断单元的接收信号表示为ε_u为用户u到达接收端的时延；CP‑OFDM块周期为T_bl；(2)干扰消除：经重叠截断后异步接入带来的干扰包括前向干扰和后向干扰两部分，将第n个截断单元的干扰建模为一个分段函数，即CP长度为T_cp；水听器v长度为的第n个截断单元的接收信号重新表示为对于已知接收端干扰分段函数并将其减掉，则可将第n个截断单元转化为准同步接入信号进行解调；设干扰分段函数估计值为为第n个截断单元的叠加背景噪声，则水听器v经过干扰消除的第n个截断单元的接收信号为式中η_v(t；n)表示干扰消除后的残留干扰；(3)频域过采样：对干扰消除后的截断单元进行频域过采样处理；(4)多用户信道估计与解码；对频域过采样后的多用户叠加的频域信息，采用匹配追踪信道估计算法对每个用户进行信道估计与解码；利用每个CP‑OFDM块中各用户不交叠的梳状导频信息估计出第u个用户与第v个水听器之间的信道频响大小为K的子载波集合中包含数据子载波集S_D；在第n个截断单元的第k个子载波上，来自N_r个水听器接收的数据组成的向量定义为来自N_u个用户的发送数据组成的向量定义为估计的信道频域矩阵维数是N_r×N_u，其第(v,u)个元素为则可得到准同步系统下第n个截断单元的第k个子载波上接收数据与发送数据之间的关系为式中Λ[k；n]为N_u×N_u维对角阵，其对角线上第u个元素为α为过采样因子；η[k；n]与w[k；n]分别为N_r×1维残留干扰向量和噪声向量，定义为等效的信道频响矩阵；采用最小均方误差均衡得到的第n个截断单元的第k个子载波上N_u个用户的发送数据向量的估计为式中I为N_u×N_u维单位阵；为等效的噪声干扰方差，由当前CP‑OFDM块中的空载波估计得到；接收机进一步对进行信道解码得到用户发送的比特信息的估计；(5)干扰重构；利用信道估计及解码数据，通过逆傅里叶变换重构相邻单元的前向干扰与后向干扰的时域波形；利用信道频响矩阵估计及发送数据估计通过逆傅里叶变换重构CP‑OFDM基带时域波形；则第v个水听器接收到的用户u的第n个CP‑OFDM块的时域波形估计为其中t∈[‑T_cp,T]，将y_v,u(t；n)用估计值替代后，分别重构第n‑1个截断单元的后向干扰和第n+1个截断单元的前向干扰；(6)处理当前截断单元时，额外存储相邻的下一个截断单元信号，在当前截断单元和下一截断单元之间共解调3次；①由第n‑1个截断单元的解码结果和信道估计结果重构第n个截断单元的前向干扰，将其后向干扰置零，并解调第n个截断单元；②由第n个截断单元的解码结果和信道估计结果重构第n+1个截断单元的前向干扰，将其后向干扰置零，并解调第n+1个截断单元；③分别由第n‑1和n+1个截断单元的解码结果和信道估计结果重构第n个截断单元的前向干扰和后向干扰，并再次解调第n个截断单元，完成后输出解码结果，则第n个截断单元处理完毕；滑动迭代结构仅需额外存储右侧相邻的截断单元信号，在每个滑动单元内对第n个截断单元和第n+1个截断单元共解调3次，即可消除第n个截断单元的前向干扰和后向干扰。