[发明专利]正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法及装置

说明书

本发明属于OFDM水声通信技术领域，特别涉及一种正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法及装置，该方法包含：获取正交频分复用OFDM数据通过水声信道后的信号模型，其中，正交频分复用OFDM数据包含同步段的同步信号和OFDM数据段的码元，每个码元中包含循环前缀和符号数据；依据信号模型，获取OFDM数据中起始码元多普勒因子；根据接收信号中OFDM数据各码元数据长度，并联合起始码元多普勒因子，获取时变多普勒因子。本发明能够对每个码元的多普勒系数进行精确地估计和补偿，降低多普勒因子估计复杂度和实现难度；能够实现移动OFDM通信中的时变多普勒因子估计与补偿，保证通信的稳健，性能稳定、运行高效，具有较强的实际应用价值和发展前景。

技术领域

本发明属于OFDM水声通信技术领域，特别涉及一种正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法及装置。

背景技术

水声通信是典型的宽带通信，其多普勒效应比陆地无线通信更加严重，多普勒效应不仅仅表现为载波频率偏移，还包括信号的压缩和扩展，这导致了OFDM水声通信系统接收端的子载波间干扰(inter-carrier interference,ICI)，为了保证系统的正常工作，实现多普勒因子的准确估计与补偿显得尤为重要。

对于水声通信中的多普勒因子估计问题，国内外学者进行了大量的研究并取得了一些成果，总体可以归纳为两类：1)测量接收信号的频率，通过计算发送信号频率与接收信号频率的比值获得多普勒系数进行估计值；2)根据多普勒效应引发的时域扩展或压缩的效应，通过测量信号的时域伸缩变化量进行多普勒系数的估计。在数据块首尾添加一对已知的线性调频信号，在接收端来计算相关来的到实际接收信号长度，通过测量收发数据块在时域上的伸缩变化量来得到多普勒因子；将OFDM水声通信中多普勒建模为宽带多普勒和窄带多普勒，分两步对多普勒因子进行估计与补偿、在分析多普勒效应对信好影响的基础上，利用具有多普勒不变特性的双曲调频信号和对多普勒敏感的单频脉冲信号，提出高速移动时的多普勒估计方法。目前，这些已有的方法针对固定的多普勒因子估计与补偿进行了丰富的研究并取得了较好的效果，不适用于移动水声OFDM通信。声波在水中传播速度远远小于电磁波在空中的传播速度，这使得水声通信中的多普勒效应远远严重与无线通信，另一方面，由于水声通信中收发载体的相对运动以及海浪浮动等外界因素的干扰，使得多普勒因子变化的很快。而传统的多普勒估计方法适用于非时变多普勒因子估计，而移动水声通信中的多普勒因子具有动态时变特性，运用传统方法不能准确估计出每个码元的多普勒因子，而且当多普勒因子较大时，估计精度也不高。

发明内容

针对现有技术中的不足，本发明提供一种正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法及装置，适用于移动水声通信中时变多普勒因子估计，水声通信过程中易于实现，且估计精度高。

按照本发明所提供的设计方案，一种正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法，包含如下内容：

获取正交频分复用OFDM数据通过水声信道后的信号模型，其中，正交频分复用OFDM数据包含同步段的同步信号和OFDM数据段的码元，每个码元中包含循环前缀和符号数据；

依据信号模型，获取OFDM数据中起始码元多普勒因子；

根据接收信号中OFDM数据各码元数据长度，并联合起始码元多普勒因子，获取时变多普勒因子。

上述的，依据OFDM数据循环前缀保护长度及符号长度，获取OFDM码元长度、子载波间隔、子载波频率及带宽；并考虑水声多径信道冲击响应，获取接收到的带通信号，并将其搬移到基带，获取包含多普勒因子和多普勒频移表示的信号模型。

优选的，针对接收到的带通信号，依据多普勒因子依次对其进行重采样和基带搬移，获取作为信号模型的子信道解调输出模型。

上述的，依据信号模型，对接收OFDM数据中同步信号进行检测识别，检测到同步信号后，依据同步信号的起始频率或调频率获取起始码元的多普勒因子估计值。