水声通信时变定时偏移迭代估计和补偿方法及装置.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN112737996A(43)申请公布日2021.04.30(21)申请号202011559519.5(22)申请日2020.12.25(71)申请人中国科学院声学研究所地址100190北京市海淀区北四环西路21号(72)发明人武岩波朱敏(74)专利代理机构北京众元弘策知识产权代理事务所(普通合伙)11462代理人宋磊王洪波(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04L27/00(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书2页说明书8页附图2页(54)发明名称水声通信时变定时偏移迭代估计和补偿方法及装置(57)摘要本发明公开了一种水声通信时变定时偏移迭代估计和补偿方法及装置。本发明通过迭代的方式生成本地同步信号，使其在到达时间和时变多普勒效应上，逐步与接收到的波形接近或达到一致。在迭代中，每次获得多个同步信号的定时偏移估计之后，通过样条插值法恢复出连续时间的定时偏移估计，进而对单载波调制符号进行定时补偿，获得符号速率采样率的接收波形之后，进行最小二乘信道估计及频域均衡器。本发明仅从重复出现的同步信号中恢复定时偏移，不需要借助符号判决反馈的信息，不需要逐符号更新均衡器系数，相对传统方法整体系统的计算复杂度更低。本发明的误符号率性能优于传统的平均多普勒补偿和自适应均衡器。CN112737996ACN112737996A权利要求书1/2页1.一种水声通信时变定时偏移迭代估计及补偿方法，其特征在于，在发送端，发送的数据包包括多个帧，每个帧含同步信号和符号段，同步信号采用线性调频信号，同步信号和符号段之间有空白段，符号段包括训练符号、信息符号和尾部空白段，发射信号的波形为同步信号和符号调制波形叠加后信号的实部；在接收端，接收数据包并进行处理，包括：S1：正交混频及抽取的步骤：对接收到的数据包，依次进行带通采样和正交混频，然后进行低通滤波及抽取处理，获得以基带采样频率为间隔的复基带形式的接收波形，设定定时偏移量估计值和迭代次数q的初值，定时偏移量估计值的初值为0，迭代次数的初始值为q＝1；S2：求同步信号的残留整数倍采样点偏移量的步骤：在第q次迭代时，其中1≤q≤Q，Q是最大迭代次数，首先根据上次迭代获得的定时偏移量估计值，重新生成每个同步信号的复基带波形，然后分别针对每个同步信号求其与接收波形的相关函数，根据最大值的位置获得整数倍采样点的偏移量；S3：求同步信号的残留分数倍采样点偏移量的步骤：根据获得的整数倍采样点的偏移量、及对应的最大值位置和其前后位置的相关函数幅值，进行抛物线插值，获得顶点处的分数倍偏移量，将上一次迭代的定时偏移量估计值及本次获得的整数倍、分数倍定时偏移量进行合并，获得各帧头处的定时偏移量；S4：根据多个同步信号定时偏移量估计值进行样条插值的步骤：将帧头处的定时偏移量估计值作为样条插值的控制点约束，根据样条函数的控制点约束及在节点处的导数连续性求解，得到各采样点处的定时偏移量；然后，判断迭代次数是否达到最大迭代次数Q，若是，开始从S5步之后顺序执行，否则，迭代次数q增加1，然后跳转到S2步开始顺序重复处理；S5：逆定时偏移量的求取和定时补偿的步骤；通过Q次迭代获得各采样点处的定时偏移量，即接收波形相对于发射信号波形的逐采样点偏移，在接收波形补偿中，对这一时间变化过程求逆，进而获得用于重采样的定时偏移量，重采样的定时偏移量通过线性插值求逆函数的方式得到，然后对接收波形进行重采样，消除运动造成的影响。2.一种如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述符号段的调制符号采用四相移键控QPSK方式。3.一种水声通信符号均衡方法，其特征在于，基于如权利要求1或2所述的时变定时偏移迭代估计及补偿方法，在接收端进行步骤：S6，最小二乘信道估计及频率域迫零均衡的步骤：根据已知的训练符号和定时偏移补偿后的接收波形，获得信道冲激响应的最小二乘估计，然后利用频率域处理的迫零均衡算法，先对接收到的信息符号序列和信道冲激响应序列进行傅立叶正变换，将二者在频域逐元素相除，再将结果进行傅立叶反变换，从而获得每帧的信息符号估计值。4.一种水声通信时变定时偏移迭代估计及补偿装置，基于权利要求1或2所述的方法，其特征在于包括：2CN112737996A权利要求书2/2页正交混频及抽取模块，对接收到的数据包，依次进行带通采样和正交混频，然后进行低通滤波及抽取处理，获得以基带采样频率为间隔的复基带形式的接收波形；迭代控制模块，设定定时偏移量估计值的初始值为0以及迭代次数的初始值为q＝1，每次迭代后判断迭代次数q是否达到达到最大迭代次数Q，若是，结束迭代，否则，迭代次数q增加1，然后控制同步信号的残留整数倍采样点偏移量求解模块、同步信号的残留分数倍