水声通信系统中脉冲噪声与多普勒频偏联合抑制方法.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CN110808937A(43)申请公布日2020.02.18(21)申请号201910941545.5(22)申请日2019.09.30(71)申请人宁波大学地址315211浙江省宁波市江北区风华路818号(72)发明人李有明曾宇恩卢志刚王沛鑫(74)专利代理机构宁波奥圣专利代理事务所(普通合伙)33226代理人周珏(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图4页(54)发明名称水声通信系统中脉冲噪声与多普勒频偏联合抑制方法(57)摘要本发明公开了一种水声通信系统中脉冲噪声与多普勒频偏联合抑制方法，其在发送端对原始的二进制数据交织变换和调制处理后得到二进制发送数据；在接收端将二进制时域信号转化为OFDM频域信号，并提取出OFDM频域信号的相位信息；对时域的脉冲噪声信号和多普勒频偏进行基于子空间的联合抑制；对抑制后的频域信号进行解调处理和解交织变换得到时域中的估计信号；优点是能够联合抑制脉冲噪声与多普勒频偏，且抑制效果好。CN110808937ACN110808937A权利要求书1/2页1.一种水声通信系统中脉冲噪声与多普勒频偏联合抑制方法，其特征在于包括以下步骤：步骤一：在基于OFDM的水声通信系统的发送端，对原始的二进制数据进行交织变换，交织变换后得到一个M行J列的矩阵；然后对交织变换后得到的矩阵进行调制处理，得到二进制发送数据；再经过水声信道将二进制发送数据发送给基于OFDM的水声通信系统的接收端；其中，原始的二进制数据的长度为N，N表示OFDM子载波数量，N为正整数，N≥64，M和J均为正整数，M≥1，J≥1，M×J＝N；步骤二：在基于OFDM的水声通信系统的接收端，将接收端接收到的二进制时域信号转HH化为OFDM频域信号，记为RF，RF＝FR＝DFhFs+Fv+Fn；接着令Λ＝FhF，并令将RF＝FR＝DFhFHs+Fv+Fn转化为再将DΛs分离为将转化为之后对RF提取相位信息，得到RF＝BS1；其中，RF的长度为N，F表示维数为N×N的离散傅里叶变换矩阵，R表示接收端接收到的二进制时域信号，R的长度为N，D表示维数为N×N的多普勒频偏，h表示维数为N×N的信道循环矩阵，h的第1列为归一化的信道脉冲响应，FH为F的共轭转置，s表示原始的二进制数据，v表示时域的脉冲噪声信号，v的长度为N，n表示时域的背景噪声信号，n的长度为N，Λ和均为引入的中间变量，符号“[]”为向量表示符号，Rn表示RF中空子载波所对应的部分信号，Rd表示RF中数据子载波所对应的部分信号，B表示维数为N×M的相移矩阵，B是一个满秩矩阵，S1表示s对应的频域信号S中的第1列；步骤三：对时域的脉冲噪声信号v和多普勒频偏D进行基于子空间的联合抑制，具体步骤如下：1)令k表示迭代次数，k的初始值为1；2)计算第k次迭代过程中Rn的协方差矩阵，记为其中，为维数为N×N的对角矩阵，(S(k))H为S(k)的共轭转置，S(k)表示第k次迭代过程中s对应的频域信号，k＝1时S(k)＝S，BH为B的共轭转置，表示S(k)的协方差矩阵；3)令表示第k次迭代过程中的噪声向量子空间；然后从中的所有特征值中筛选出值大于或等于2σ2的特征值；接着将筛选出的每个特征值对应的特征向量作为一列存入中；再利用确定第k次迭代过程中v在频域中的具体位置；其中，σ2表示n的方差，f(k)表示第k次迭代过程中v的频谱图，表示S(k)中对应的部分频域信号，为的共轭转置；2CN110808937A权利要求书2/2页4)构造一个最小二乘方程，描述为：然后求解得到其中，表示Rn中所对应的部分信号，表示B中所对应的部分，表示第k次迭代过程中v的幅度估计值，为的共轭转置；5)当第k次迭代过程中v在频域中的具体位置和v的幅度估计值确定后，即得到第k次迭代过程中v的值，记为v(k)；然后在第k次迭代过程中对时域的脉冲噪声和时域的背景噪声信号进行抑制，得到第k次迭代过程中D的值，记为D(k)，其中，θ(k)为引入的中间变量，表示第k次迭代过程中的OFDM频域信号，k＝1时6)判断v(k)与v(k-1)的差值的绝对值是否小于设定阈值，如果是，结束迭代过程，得到时域的脉冲噪声信号v和多普勒频偏D联合抑制后的频域信号，然后执行步骤四；否则，计算然后令k＝k+1，再返回步骤2)继续执行；其中，k≠1时v(k-1)表示第k-1次迭代过程中v的值，k＝1时v(k-1)为无穷大，表示第k+1次迭代过程中的OFDM频域信号，k＝k+1中的“＝”为赋值符号；步骤四：对时域的脉冲噪声信号v和多普勒频偏D联合抑制后的频域信号进行解调处理，然后对解调处理后得到的二进制数据进行解交织变