一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法及水声通信系统

本发明涉及水声通信领域，更确切地说涉及一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法及水声通信系统。

背景技术：

1、在深海水声通信中，由于声线在海中的折射和反射效应，率先到达接收端的声线有时并非能量最强的到达途径，而以能量最强的到达途径作为信号同步的基准是一种常见的做法，此时，以正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing，ofdm)为代表的频域均衡系统将受到来自未来符号的非因果干扰，极大的降低系统性能。此外，当以首达径作为同步基准时，则面临难以设置合理的同步峰搜索阈值和搜索窗等问题，难以确定首达径，使系统通常仍不可避免的受到非因果干扰。因此，有必要设计一种当非因果干扰存在时，仍能够有效恢复数据的干扰抑制方法。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法及水声通信系统，解决背景技术中的问题。

2、为了实现以上发明目的，本发明采用如下技术方案：

3、一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法，所述方法包括：

4、在发射端，单个发射换能器发送ofdm符号；

5、在接收端，单个水听器同时接收信号，由信号处理装置进行以下处理：以能量最强的相关峰作为同步基准，截取通带信号；将截取信号解调至基带后进行傅里叶变换，得到基带ofdm符号；对观测矩阵进行相位加权，估计得到延时后的信道；将估计得到的信道向量尾部补零后循环移位，再进行傅里叶变换，得到频域信道向量；完成频域均衡，输出解码；

6、其中，对观测矩阵进行相位加权具体如下：

7、在观测矩阵φ＝df前乘一个相位加权矩阵θ，有：

8、φ′＝θdf＝θφ

9、其中，f是归一化后n×n维的傅里叶变换矩阵，n是ofdm符号上子载波的个数，d是由调制在频域的ofdm符号构成的对角阵，满足：

10、

11、式中xn,n＝0,...,n-1表示第n个子载波上的发送符号，相位加权矩阵θ同样为对角矩阵，满足：

12、

13、其中l2是非因果干扰的长度，取值为正整数。

14、进一步地，将估计得到的信道向量尾部补零具体如下：

15、将估计出的长度为(l+l2)的信道向量在尾部补零至长度为n的信道向量l为正整数，l2取值小于l，且l+l2＜ncp，其中ncp是ofdm符号循环前缀的长度。

16、进一步地，循环移位是指将信道向量循环上移l2位，得到信道向量

17、进一步地，对循环移位后的信道向量再进行傅里叶变换是指对向量做n点傅里叶变换。

18、一种水声通信系统，包括：

19、发射端，单个发射换能器发送ofdm符号；

20、接收端，包括水听器和信号处理装置，单个水听器接收信号，由信号处理装置进行以下处理：以能量最强的相关峰作为同步基准，截取通带信号；将截取信号解调至基带后进行傅里叶变换，得到基带ofdm符号；对观测矩阵进行相位加权，估计得到延时后的信道；将估计得到的信道向量尾部补零后循环移位，再进行傅里叶变换，得到频域信道向量；完成频域均衡，输出解码；

21、其中，对观测矩阵进行相位加权具体如下：

22、在观测矩阵φ＝df前乘一个相位加权矩阵θ，有：

23、φ′＝θdf＝θφ

24、其中，f是归一化后n×n维的傅里叶变换矩阵，n是ofdm符号上子载波的个数，d是由调制在频域的ofdm符号构成的对角阵，满足：

25、

26、式中xn,n＝0,...,n-1表示第n个子载波上的发送符号，相位加权矩阵θ同样为对角矩阵，满足：

27、

28、其中l2是非因果干扰的长度，取值为正整数。

29、本发明还提供一种水声通信接收机，所述接收机被配置为对水听器接收的信号进行以下处理：以能量最强的相关峰作为同步基准，截取通带信号；将截取信号解调至基带后进行傅里叶变换，得到基带ofdm符号；对观测矩阵进行相位加权，估计得到延时后的信道；将估计得到的信道向量尾部补零后循环移位，再进行傅里叶变换，得到频域信道向量；完成频域均衡，输出解码；其中水听器接收的信号是由单个发射换能器发送的ofdm符号；

30、其中，对观测矩阵进行相位加权具体如下：

31、在观测矩阵φ＝df前乘一个相位加权矩阵θ，有：

32、φ′＝θdf＝θφ

33、其中，f是归一化后n×n维的傅里叶变换矩阵，n是ofdm符号上子载波的个数，d是由调制在频域的ofdm符号构成的对角阵，满足：

34、

35、式中xn,n＝0,...,n-1表示第n个子载波上的发送符号，相位加权矩阵θ同样为对角矩阵，满足：

36、

37、其中l2是非因果干扰的长度，取值为正整数。

38、本发明的优点在于：

39、(1)利用本发明估计得到的频域信道向量完成频域均衡，能有效应对水声通信中同步峰非首达径时信道引发的非因果干扰；

40、(2)本发明的方法操作简单，复杂度低；

41、(3)只要保证设置的非因果长度l2不小于实际水声信道的非因果长度，而不必保证两者恰好相同，就能够利用本发明灵活应对不同长度的非因果干扰，鲁棒性强。

技术特征：

1.一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将估计得到的信道向量尾部补零具体如下：

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，循环移位是指将信道向量循环上移l2位，得到信道向量

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，对循环移位后的信道向量再进行傅里叶变换是指对向量做n点傅里叶变换。

5.一种水声通信系统，其特征在于，包括：

6.一种水声通信接收机，其特征在于，所述接收机被配置为对水听器接收的信号进行以下处理：以能量最强的相关峰作为同步基准，截取通带信号；将截取信号解调至基带后进行傅里叶变换，得到基带ofdm符号；对观测矩阵进行相位加权，估计得到延时后的信道；将估计得到的信道向量尾部补零后循环移位，再进行傅里叶变换，得到频域信道向量；完成频域均衡，输出解码；其中水听器接收的信号是由单个发射换能器发送的ofdm符号；

技术总结本发明公开了一种深海水声通信中的非因果干扰抑制方法及水声通信系统。所述方法包括：在发射端，单个发射换能器发送OFDM符号；在接收端，单个水听器同时接收信号，由信号处理装置进行以下处理：以能量最强的相关峰作为同步基准，截取通带信号；将截取信号解调至基带后FFT，得到基带OFDM符号；对观测矩阵进行相位加权，估计得到延时后的信道；将估计得到的信道向量尾部补零后循环移位，再进行FFT，得到频域信道向量；完成频域均衡，输出解码。本发明能有效应对水声通信中同步峰非首达径时信道引发的非因果干扰，且操作简单，复杂度低；能够灵活应对不同长度的非因果干扰，鲁棒性强。技术研发人员：葛威,佟文涛,殷敬伟,韩笑,郭龙祥,生雪莉,刘百峰受保护的技术使用者：哈尔滨工程大学技术研发日：技术公布日：2024/7/25