[发明专利]一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法

权利要求书

1.一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，包括 如下步骤：

S1：对接收端接收到的稀疏信号以抽样间隔进行采样，得到稀疏向量y；

S2：由接收双方都已知的同步导频信号s(t)结合信道特点，选取合适精度， 构造超完备字典；

S3：在一个周期内对所有抽样值累积得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元 素为系数的C各列的线性组合；

S4：由超完备字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重构信号x；

S5：找到x中非零元素所对应超完备字典C中的相应列，继而找到各径所对 应的等价多普勒因子。

2.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S1具体为：考虑一个有N_t个换能器，N_r个水听器的水 声MIMO-OFDM通信系统，假设在第i个换能器和第j个水听器间的MIMO水 声稀疏信道中，在一个符号周期内多径衰减是近似保持不变的，并且每一个换能 器至水听器的等效多普勒因子都不同；定义多普勒因子ν_p、时延因子τ_p参数集 合：

ν_p∈{ν₁,ν₂,...,ν_l,...,ν_L}τ_p∈{τ₁,τ₂,...,τ_k,...,τ_K}

其中ν_l＝ν₁+(l-1)Δν，τ_k＝τ₁+(k-1)Δτ，Δν、Δτ表示多普勒及时延估计 的离散精度，可以根据需要灵活调整，L、K分别表示MIMO信道可能的多普 勒因子、时延值个数；假定发送端同步导频信号为s(t)，经过MIMO稀疏时变 信道后第j个水听器接收信号表示成y_j(t)。

3.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S2具体为：设s(t)的持续时间为[0,T]，在接收端对y(t) 以间隔Δt进行抽样，令所述S1步骤中τ₁＝0，抽样间隔Δt＝Δτ，并省略上式中 的Δt，化简并写成向量形式可表示为y[i]＝c[i]^Tx+n[i]。

4.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S3具体为：在一个周期内对所有抽样值累积得：y＝Cx+n， 考虑所示接收信号的向量形式，接收向量看作以x元素为系数的C各列的线性组 合。

5.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S4具体为：采用基于稀疏贝叶斯学习的MIMO-OFDM水 声多普勒估计方法，从水声信道的稀疏特性出发，基于超完备字典将MIMO多 普勒估计问题建模为稀疏表示问题，利用稀疏贝叶斯学习算法进行求解，在已知 y与C的前提下，SBL算法以自适应调整当时重构出幅度衰减矩阵x。

6.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S5具体为：根据所述步骤S4重构出的稀疏矩阵x，找到 其非零向量对应C矩阵中相应的元素，继而找到各对应MIMO信道的多普勒因 子。

7.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法， 其特征在于，所述步骤S4中SBL算法的具体实现步骤为：

第一步，输入：I维的接收向量y，I×(L×K)维超完备字典矩阵C，I＝T/Δt

第二步，初始化：超参数γ⁽⁰⁾≥0，β⁽⁰⁾＞0，迭代数k＝1，ε＞0；

第三步，算法迭代：

a.记Λ＝diag(1/γ)，利用

p(x|y,γ,β)=(2π)-N2|Σ|-12exp(-12(x-μ)TΣ-1(x-μ))]]>

Σ＝(βC^TC+Λ)^-1

分别估计μ^(k-1)，Σ^(k-1)；

b.记A＝β^-1I+CΛ^-1C^T，利用

L(γ|β)＝log|A|+y^TA^-1y

γi(k+1)=μi2+Σii]]>

分别更新参数γ，β，得到γ^(k)，β^(k)；

c.判断是否满足||γ^(k)-γ^(k+1)||≤ε，若满足则转至第四步；不满则k＝k+1， 重复第三步1；

第四步，输出稀疏向量的估计值：