[发明专利]一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法

权利要求书

1.一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于：(1)发射端在一帧数据加入线性调频信号；(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收信号进行多普勒补偿；(3)利用多普勒补偿后的帧前同步信号进行高精度信道冲激响应估计；(4)利用每个OFDM-MFSK符号中的空子载波估计当前符号噪声，并根据估计出的信道冲激响应实现OFDM-MFSK符号的频域最小均方误差信道均衡；(5)最后对均衡后的数据进行解调；

所述的最小均方误差信道均衡过程如下，假定接收的当前OFDM-MFSK时域符号为r＝[r₁,r₂,…,r_N]，对其进行N点DFT运算，得到频域数据R＝[R₁,R₂,…,R_N]，对R进行取模运算并以M元为一组进行划分，在每组数据中模值最大的子载波作为有效子载波，其余则看做空子载波，将全部空子载波的合集记做S_null，根据全部空子载波的能量计算当前符号的噪声功率N₀，频域最小均方误差信道短化技术在频域上完成操作，即完成信号频域相位共轭的处理，同时考虑了信道噪声的影响，接收端首先提取探测信号，估计出信道冲激响应然后在频域按照最小均方误差准则给出预处理器的传递函数H_MMSE，计算公式如下

其中，为估计出的信道冲激响应进行DFT后的结果，即信道传递函数；

将当前接收符号变换到频域，并与H_MMSE点乘完成信均衡；最后将均衡后的信号经过IFFT变回到时域完成后续的信号解调；

设发射信号为s[n]，水声信道冲激响应为h[n]，接收信号为r[n]，三者的傅立叶变换为S[m]、H[m]和R[m]，有下面等式成立；

R[m]＝S[m]H[m]+Z[m]

经过频域MMSE信道短化后的频域信号Y[m]可表示为

正确估计N₀便可弥补由于信道噪声对信道短化效果带来的影响。

2.根据权利要求1所述的一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于：所述的线性调频信号加入在发射端一帧数据的首和尾。

3.根据权利要求1所述的一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于：所述的发射端发射帧结构数据之前的线性调频信号称之为帧前同步信号，数据之后的线性调频信号称之为帧后同步信号，两个线性调频信号的参数一致，数据与两个线性调频信号间的保护间隔长度大于信道的最大多途扩展长度，OFDM-MFSK数据块由时域OFDM-MFSK符号加入循环前缀和循环后缀组成，循环前缀即将OFDM-MFSK符号后面的数据复制到符号之前，循环后缀即将OFDM-MFSK符号前面的数据复制到符号之后。

4.根据权利要求1所述的一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于：所述的多普勒因子估计及多普勒补偿的过程如下，对接收到的数据以同步信号作为参考信号进行相关运算，寻找帧前和帧后同步信号的峰值坐标点，计算两个信号的时间间隔T_r，根据如下公式计算整个数据块的多普勒因子

其中，T_t为发射帧信号中两个线性调频信号的时间间隔；

假设原始采样点矢量为x，根据计算得到的多普勒因子，经过多普勒补偿后的新采样点位置为多普勒补偿后信号的幅值则采用线性插值的方式完成；

设函数f(x)在区间[x₀,x₁]两端点的函数值为f(x₀)和f(x₁)，使用线性函数L(x)＝ax+b近似代替区间[x₀,x₁]内的f(x)，通过选择参数a和b，使得L(x₀)＝f(x₀)，L(x₁)＝f(x₁)，由直线方程的两点可求得L(x)的表达式为

结合公式(2)和新采样点位置为即可完成接收信号的多普勒补偿。