一种消除正交频分复用水声通信系统限幅噪声的方法

摘要

本发明提供一种消除正交频分复用水声通信系统限幅噪声的方法，在发射端采用了限幅法降低峰均比。由于限幅法会产生带内干扰和带外噪声，降低通信系统的误码性能，因此利用限幅噪声的稀疏性，在接收端采用压缩感知法对限幅噪声进行估计和恢复。限幅噪声的估计受信道估计准确性的影响，为提高限幅噪声估计的准确度，提出了重叠压缩感知算法，在恢复限幅噪声的过程中利用了压缩感知信道估计法估计所得的信道信息和发射数据对限幅噪声进行估计，有效降低了限幅法对系统误码性能的影响。仿真和水池实验验证了该算法的有效性。

主权项

一种消除正交频分复用水声通信系统限幅噪声的方法，其特征在于：包括如下步骤：步骤一：在发射端发射信号经过串并变换后经过IFFT模块，将频域信号转换成时域信号；步骤二：对时域信号进行限幅操作，限幅比CR为其中σ为限幅前OFDM符号的平均能量，A为预先设定的限幅门限，限幅后符号表示为：$s_{clipping}=\left\{\begin{array}{c}{s}_n,\left|s_n\right|\le A\\ \mathrm{sgn}\left(s_n\right)·A,slse\end{array}\right.$其中：s_clipping是限幅操作后的信号，sgn(·)是符号函数，s_n是限幅前的离散数据；步骤三：对限幅后的信号进行串并转换，将并行数据转换为串行数据，数据经过水声信道到达接收端，而接收端限幅后的频域信号为：$\bar{S}\left(k\right)=S\left(k\right)+C\left(k\right)$其中：k＝0,1,...N‑1，S(k)为原始发射信号频域表达式，C(k)为限幅噪声的频域表达式，为限幅后的发射信号频域表达式；步骤四：接收端将接收的时域数据经过FFT模块转换为频域数据，且经过水声信道后的接收信号的频域表达式为：Y(k)＝H(k)(S(k)+C(k))+N(k),0≤k≤N‑1其中：Y(k)代表接收信号，H(k)是水声信道的传输函数、且为N×N维对角阵，限幅噪声由C＝[C₀,C₁,...C_N‑1]^T表示、维度是N×1，N(k)是均值为0、方差为的高斯白噪声、维度是N×1，Y、S、C、N均为列向量；步骤五：利用压缩感知方法，估计水声信道H^‑1；步骤六：利用信道信息估计得到发射信号，而发射信号S^eq等效为：S^eq＝H^‑1Y＝S+C+H^‑1N，在从中选取M个观测量，在等式两端乘以选择矩阵P_RR，得到：P_RRS^eq＝P_RRFc+P_RRS+P_RRH^‑1N；步骤七：利用选取的信号处的观测量对限幅噪声进行重构，选择的是CS算法中OMP准则，重构后的噪声量为P_RRS^eq与估计量的差值为：$\tilde{S}=P_{RR}{S}^{eq}-P_{RR}\hat{S}=P_{RR}Fc+P_{RR}(S-\hat{S})+P_{RR}{H}^{-1}=\Phi c+P_{RR}(S-\hat{S})+P_{RR}{H}^{-1}N$其中：Φ＝P_RRF是维度为M×N的压缩感知观测矩阵，F是傅里叶变换矩阵；通过压缩感知方法可重构限幅噪声接收端，S^eq减去重构的限幅噪声频域量后的结果进行下一步的判决；步骤八：对接收信号进行判决，得到发射信号的估计值，去除了限幅噪声对系统的影响。