[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

说明书

本发明公开的是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，属于水声通信领域。本发明内容具体如下：发射端在每个OFDM‑MFSK数据符号中加入若干子载波并插入脉冲对信号；接收端截取脉冲对信号和数据并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；然后对每个OFDM‑MFSK数据块进行过采样处理，计算当前数据块的平均多普勒因子；再计算整个数据块全部子载波受多普勒影响后的新位置，并抽其对应的数据完成宽带多普勒补偿。本发明提出的方法，可以仅通过一次数据过采样即可实现水下OFDM‑MFSK通信系统中宽带多普勒的精确估计与补偿，避免了传统多普勒估计与补偿方法需要进行数据重采样的过程，提高了计算效率。

技术领域

本发明涉及的是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，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，避免了信道的估计与均衡过程。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。在水声通信中，信源与信宿之间的相对运动会导致通信系统受到严重的多普勒影响。在多载波水声通信系统中，多普勒效应直接使系统受到子载波间干扰以及子载波信噪比损失的影响，导致系统性能严重下降。水声信道的超宽带特性，导致多载波系统的不同子载波的频率偏移是非一致的，即宽带多普勒效应。

传统的多普勒估计方法主要包括单频脉冲法、线性调频块方法以及空子载波方法。单频脉冲法通过估计频率偏移来计算多普勒因子，但水声信道严重的频率选择性使得单频信号在使用中信噪比损失严重，导致测量结果出现误差，同时为了获得较高的估计精度，一般单频信号较长，会降低系统的功率效率。线性调频块方法是指通信系统一帧数据的首尾插入线性调频信号(LFM)，通过测量发射信号时间上的压缩与扩展来估计整帧数据的平均多普勒因子，然而当系统发射数据较长时，接收端必须存储全部的一帧数据才能完成多普勒的补偿，由此带来较大的硬件存储开销和较长的通信时延，不利于系统的实际工程应用，而且当信道恶劣变化较快时，首尾线性调频信号的相关峰最大值会出现在不同的多途路径上，导致测时不准，给多普勒估计结果带来较大偏差。空子载波方法是在每个数据符号中插入若干已知位置的空子载波，利用空子载波处的能量和在正确多普勒因子下最小的原理，实现多普勒因子的精确估计，该方法在快速时变信道下可以获得稳定的估计结果，缺点是计算量较大，需要进行根据多普勒因子的搜索步长进行多次DFT运算，最后根据估计得到的多普勒因子对当前数据进行重采样。综上所述，传统的水下通信宽带多普勒估计与补偿方法在快变多途信道下多存在稳定性和估计精度较差的问题，且数据需要进行重采样过程，计算量较大，而本发明则可以有效避免上述问题，实现了水下OFDM-MFSK系统宽带多普勒的稳健高精度估计，有效降低了传统方法的计算量。

发明内容

本发明的目的在于提供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，该方法实现了水下OFDM-MFSK通信系统中宽带多普勒的高效估计与补偿，避免了传统多普勒估计和补偿方法需要对数据进行重采样的过程。

本发明的目的是这样实现的：

(1)发射端在每个OFDM-MFSK数据符号中加入若干已知频率的子载波，并在同步信号与数据之间插入脉冲对信号；

(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)按照逐数据块的方式，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；