一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN115913840A(43)申请公布日2023.04.04(21)申请号202211409349.1H04B13/02(2006.01)(22)申请日2022.11.11(71)申请人中国船舶重工集团公司第七一五研究所地址310023浙江省杭州市西湖区留下街道屏峰715号(72)发明人杜鹏宇吴梦行崔英桥时相一温梦华(74)专利代理机构杭州赛科专利代理事务所(普通合伙)33230专利代理师宋飞燕(51)Int.Cl.H04L25/03(2006.01)H04B7/0417(2017.01)H04B11/00(2006.01)权利要求书4页说明书9页附图3页(54)发明名称一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法(57)摘要本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法，发射端将原始信息序列进行串并转换得到M路待发送原始信息，分别对M路待发送信息进行PSK调制后利用M个阵元并行发送出去；接收端接收信号进过降基带、降采样、同步处理后，分别利用训练序列对N个接收阵元的信号进行MIMO信道估计，然后利用估计得到信道在频域构建破零均衡矩阵并与接收信号相乘得到M路输出信号，最后对每路信号进行均衡解码处理，得到最终信息估计序列，本发明利用矢量MIMO频域均衡，实现MIMO通信系统中的同道干扰抑制，通过MIMO迭代分块处理，对重叠译码的信号块进行软信息融合，有效解决MIMO频域均衡对时变信道敏感问题，从而提高了所提方法的宽容性。CN115913840ACN115913840A权利要求书1/4页1.一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法，其特征在于：所述方法包括以下步骤：MIMO编码调制，发射端首先将原始信息序列通过串并转换成M路信息序列(M为MIMO通信系统中发射阵元个数)，然后分别对每路信息进行信道编码、交织以及加入训练序列，最后对每路编码后的信息序列进行单载波调制并利用M个发射阵元同时将M路通信信号发送出去；MIMO信道估计，接收端完成信号检测与同步后，利用本地已知的训练序列分别对MIMO通信系统中每个矢量水听器p、vx、vy通道的M个发射端到接收端的水声信道进行整体估计；矢量MIMO频域迫零均衡处理，利用估计得到的MIMO信道在频域构建权矩阵，并与接收信号在频域相乘，实现对MIMO系统中同道干扰的抑制处理，得到M路通信信号；单载波判决反馈均衡处理，分别对MIMO频域迫零均衡后得到的M路通信信号进行单载波判决反馈均衡处理，得到最终解码估计结果；MIMO分块迭代矢量均衡处理，接收端将接收信号按照长度N进行分块，利用上一个解码块进行MIMO信道估计更新，利用更新后的信道对接下来连续两块的信号进行上述处理过程，并对重叠处理块得到的符号估计进行融合处理。2.根据权利要求1所述的一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法，其特征在于：所述MIMO编码调制中，设原始发送序列为an(an∈[‑1,1])，首先将an进行串并转换得到bn：对bn中的每一行加入训练序列后进行PSK调制(这里以BPSK调制为例)可得到MIMO发射系统中M路发射信号：式中，为bn中第i行信息序列前加入的训练序列；为bn中第i行对应的信息序列；fc为载波中心频率。3.根据权利要求2所述的一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法，其特征在于：所述MIMO信道估计中，接收端采用矢量阵进行接收(阵型不限)，则第j个矢量阵元接收信号为：式中，分别为第i个发射阵元到第j个接收阵元间的声压和振速对应的水声信道，在远场条件下和具有较高的相关性，θ为波达方位，和分2CN115913840A权利要求书2/4页别为声压和振速通道对应的本地噪声；设对接收到的信号进行解调、降采样、同步等处理后得到接收基带信号为(以第i个矢量接收阵元的p通导为例)其中Ld为训练序列长度，则第j个矢量阵元的接收信号能够以矩阵形式给出：式中，和分别为和对应的向量形式；将(4)进一步整理可得：式中，S＝[S1,S2,...,SM]；由式(5)可知，M个发射阵元到达第j个接收阵元的水声通信信道作为一个整体进行估计时，能够有效消除相互间的干扰；因此利用最小二乘法即可得到第j个矢量接收阵元p、vx、vy三个通道的估计信道(以p通道为例)。4.根据权利要求3所述的一种基于矢量阵接收的MIMO高速水声通信方法，其特征在于：所述矢量MIMO频域迫零均衡处理中，首先对式(3)进行傅里叶变换有：将各个矢量阵元的p、vx、vy通道信号联合整理可得3CN115913840A权利要求书3/4页式中，为整理后的噪声分量；则根据式(10)在频域构建权矩阵为：接收信号经过MIMO频域破零均衡处理后的结果为：通过MIMO频域均衡处理后各个阵元的发