[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

说明书

本发明提供的是一种基于最小均方误差的水声OFDM‑MFSK信道均衡方法，属于水声通信领域。具体内容如下：(1)发射端在一帧数据的首尾加入线性调频信号；(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。本发明提供的方法考虑了噪声对信道均衡的影响，有效弥补了OFDM‑MFSK水声通信系统受严重的信道多途扩展影响而引起的性能损失。

技术领域

本发明涉及的是一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，属于水声通信领域。

背景技术

OFDM-MFSK是多载波技术与MFSK相结合的调制技术，OFDM-MFSK的发射端将全部子载波以M元为一组进行划分，采用MFSK的方式进行信息映射，接收端则按照非相干的方式进行MFSK信号的检测，无需信道估计与均衡过程。OFDM-MFSK兼容了多载波调制技术的高通信速率，又保留了MFSK调制的稳健性能，与正交频分复用(OFDM)调制相比，可以更好的平衡传输速率和稳健性能。

水声信道是迄今为止最为复杂的无线信道之一，具有严重的多途扩展和多普勒扩展，且可用带宽有限。在多载波系统中，较大的多途扩展会导致系统受到严重的符号间干扰(ISI)的影响。为了消除ISI，系统需要加入较长的循环前缀来进行消除，由此会降低系统的频带利用率。为了有效减少较长的多途扩展，有学者将被动时间反转镜技术应用于多载波OFDM-MFSK系统中，利用时间反转镜技术良好的时间压缩和空间聚焦特性实现信道的短化，结果表明，时反处理系统相比未时反系统，可以有效降低系统误码率，提高系统性能，但该方法没有考虑探测信号自相关对处理结果的影响。基于此，有学者提出采用虚拟时间反转镜技术应用于OFDM系统，该方法首先利用探测信号采用匹配追踪算法对信道冲激响应进行精确估计，然后对估计出的结果进行时间反转，并与信号进行卷积来完成信道均衡，结果表明，虚拟时间反转镜技术相比被动时间反转镜技术由于对信道进行了精确估计，避免了探测信号子相关的影响具有更好的系统误码性能。综上所述，时间反转镜技术可以有效降低由于信道多途扩展给系统带来的性能损失，但时间反转镜技术没有考虑到信道噪声对信道均衡性能的影响，而本发明则根据OFDM-MFSK符号自身的特点，对每个符号的噪声功率进行精确估计，并在频域采用最小均方误差实现信道均衡，以此来进一步短化信道，提高系统性能。

发明内容

本发明公开了一种基于最小均方误差的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，本发明的目的是这样实现的：

(1)发射端在一帧数据的首尾加入线性调频信号；

(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。

本发明的主要优势在于：本发明提供的方法通过每个符号的空子载波实现了逐个符号噪声功率的精确估计，并在频域按照最小均方误差准则实现接收信号的信道均衡过程，该方法有效实现了接收信号在频域的信道均衡，解决了由于信道严重的多途扩展而导致系统性能下降的问题，并且相比虚拟时间反转镜技术可以进一步短化信道，提高系统性能。

附图说明

图1是OFDM-MFSK水声通信系统发射帧结构示意图；

图2是OFDM-MFSK水声通信系统接收端信号流程图。

具体实施方式