[发明专利]一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法

权利要求书

1.一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：(1)发射端在每个OFDM-MFSK数据符号中插入若干已知频率子载波并插入宽带脉冲对信号；(2)接收端首先对同步信号进行检测，截取脉冲对信号和数据，利用脉冲对信号对多普勒因子进行粗估计，确定每个已知频率子载波的多普勒频偏搜索范围；(3)对每个OFDM-MFSK数据块进行过采样处理，并根据插入的已知频率子载波来计算当前数据块的平均多普勒因子；(4)由平均多普勒因子计算整个数据块全部子载波受多普勒影响后的新位置，直接抽取新位置上的数据完成宽带多普勒补偿。

2.根据权利要求1所述的一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的插入的宽带脉冲对信号在同步信号与数据之间。

3.根据权利要求1所述的一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：插入宽带脉冲对信号时脉冲对与同步信号和数据之间要加入保护间隔，保护间隔长度要大于信道多途扩展长度。

4.根据权利要求1所述的一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的同步信号为线性调频信号，宽带脉冲对信号由线性调频信号(LFM)组成。

5.根据权利要求1所述的一种已知子载波频率的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的利用脉冲对信号对多普勒因子进行粗估计的过程如下，假设发送单个脉冲序列的时域信号x_n的复通带等效信号为

s_n＝x_n exp(j2πf_tnT_s) (1)

其中，f_t为发送载波频率，T_s为采样间隔；

在接收端，不考虑噪声的影响，则复基带等效信号为

r_n＝x_n exp(j2πf_rnT_s)exp(-j2πf_tnT_s)＝x_nexp(j2πΔf′nT_s) (2)

式中，f_r为接收载波频率，Δf′＝f_r-f_t为载波频率偏移；

则两个重复序列的复相关为

其中，D为这两个重复序列这间的延时对应的采样点数，即为单个脉冲序列的采样点数；

因此，得到载波频率偏移量

式中，∠R_r为复相关函数计算出的相位，f_s＝1/T_s为采样频率，τ单个脉冲的持续时间；

两个重复序列自相关函数的相位取值范围∠R_r∈(-π,+π)，因此测量频偏频率超过这个范围将产生多普勒频偏估计模糊的现象，故实际中需要根据载体的最大运动速度V，确定系统最大载波频率偏移，进而确定使用的单个脉冲的持续时间，由此粗估计得到的多普勒因子ε₁为

ε₁＝Δf′/f_t (5)

假设已知频率的子载波为则每个已知频率子载波的精确频偏搜索范围为其中Δf为子载波带宽，即一个OFDM-MFSK符号长度的倒数。