[发明专利]一种对水声通信中的接收信号进行多普勒补偿的方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声通信领域，具体是一种对水声通信中的接收信号进行多普勒补偿的方法。

背景技术

多普勒效应对高速移动体接收信号的频谱有很大的影响，在多径条件下，接收信号的频谱结构会产生不同的多普勒频移，造成多普勒扩展。多普勒效应将会使接收到的信号误码率提高，因此有必要估计出多普勒效应带来的频移大小从而采取相应的补偿措施。

水声通信技术发展比较成熟，国外很多机构都已研制出水声通信Modem，通信方式目前主要有：OFDM，扩频以及其它的一些调制方式。而OFDM通信系统在高速移动环境下，信号经过无线信道传输后会发生畸变。其中，影响系统性能最明显的因素就是多普勒频移。在许多的自适应技术中，最大多普勒频移信息可以用来对各种接收机的参数进行实时自动控制，这些参数包括跟踪步长、编码块、交织块的大小等等。多普勒频移信息还可以用于辅助进行功率控制和移动端在小区间的切换。因此，在利用水声信号进行的水下移动通信中，多普勒频移估计与补偿是一项关键技术，它直接影响着高速移动通信的效果。

目前国内外已经出现多种多普勒频移估计算法，其中比较典型的有:自相关法、电平交叉率法、分集交换率法等。自相关法需要获得正确的信道时域冲激响应信息，其估计精度受信道估计结果影响较大，所以对信道估计的性能要求比较高。之后有人对此方法做了改进，其中一种改进算法是直接利用频域接收信号进行自相关，但是此算法是利用插值法来获得多普勒频移信息的，精度得不到保证。电平交叉率法是一种简便的方法，但由于平均功率的测量受到传播过程中引起的路径损失、阴影衰落以及噪声等各种因素的影响，所以这种方法在低信噪比的情况下并不理想。而对于分集交换率法，算法的复杂度较大而且精度也不理想。有文章提出了利用最大似然估计(MLE)算法得到多普勒频移信息，而Woopyo Hony在MLE的基础上提出了一种最小估计(EM)算法，但是该算法的计算复杂度较高，而且在实际系统中的应用还有待于进一步研究。

发明内容

本发明的目的是提出一种对水声通信中的接收信号进行多普勒补偿的方法。先利用接收信号的估计值和实际采样值，估计出相对多普勒频移；再计算得到多普勒频移；最后对接收信号进行多普勒补偿，具体技术方案如下。

一种对水声通信中的接收信号进行多普勒补偿的方法，其包含以下步骤：

步骤1：发送端发送训练信号，并使信号在含多普勒频移和噪声的信道中传输：训练信号的符号周期为T，记为s(n)，1≤n≤N；

步骤2：接收端的相对多普勒频移估计方法：经过步骤1后，得到接收信号的采样值y(n)，采样周期为T；由训练信号s(n)估计出相应的接收信号基于最小均方误差准则，最小化接收信号的估计值与实际采样值y(n)之间的均方误差，由此得到目标函数；求解目标函数，得到相对多普勒频移的估计值Δ；

步骤3：根据步骤2得到的相对多普勒频移估计值Δ，得到信道的多普勒频移D，继而对接收信号进行多普勒补偿。

进一步的，所述训练信号s(n)是值为+1或-1的二进制随机信号，即采用二进制调制方式，长度为N，N不能太小，这里取N=100。

进一步的，步骤1中发送信号经过含多普勒频移和噪声的信道后，得到的接收信号模型如下：

y(n)=AΣk=1Ns(k)g((1+Δ)·nT-kT)+w(n)]]>