[发明专利]基于信道稀疏度检测的正交多载波多普勒估计计算方法

说明书

本发明提供了一种基于信道稀疏度检测的正交多载波多普勒估计计算方法包括以下步骤：S1，获取通过水声信道的OFDM信号；S2，对接收信号进行不同多普勒参数的重采样，获取多个多普勒搜索因子补偿后的解调导频向量样本；S3，对解调导频向量各个样本分别进行稀疏信道重建，计算各个样本匹配后的信道时域冲激响应；S4，选择稀疏度最大的样本信道对应的多普勒搜索因子作为最优压缩感知重采样因子，获取多普勒估计值。本发明采用算法的解调导频向量z_i,γ是直接利用多普勒因子补偿后进行FFT产生的，不考虑插值影响，z_i,γ不存在偏差；多普勒估计精度与多普勒搜索的步长与现有技术相比步长越小，本发明中多普勒估计的精度越高。

技术领域

本发明涉及超宽带正交多载波移动通信领域，尤其涉及一种基于信道稀疏度检测的正交多载波多普勒估计计算方法。

背景技术

正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术具有高数据传输率和高频谱利用率的优点，在水声通信领域受到越来越多的关注。然而OFDM水声通信对多普勒效应较为敏感，多普勒频移破坏了子载波间的正交性，造成载波间干扰，严重降低了OFDM系统的通信性能。中高纬度海域冰水混合区由于表面温度较低，水面下形成了稳定的正梯度声速分布，因此声波在传播的过程中与海冰频繁交互，能量不断被海冰反射、散射和吸收，造成了多途结构的复杂性；此外表面浮冰随海风或洋流的漂动导致信道响应随机时变。中高纬度冰水混合区域水声信道的复杂时变特性，导致原本对多普勒频移敏感的OFDM水声通信在上述条件下应用时更加困难。因此对多普勒频移快速准确的估计和补偿是提高OFDM系统在冰水混合区域的通信性能的关键。

国内外众多学者对多普勒的估计和补偿进行了大量的研究：采用测量相邻帧之间的定时同步信号时延进行多普勒频偏估算，简单易于实现，但是该算法不适合于快速时变信道。基于重采样技术结合空载波估计多普勒算法，提高了多普勒估计精度，以及采用时域变采样信号各条多径声线束的多普勒区别，利用匹配的方法实现稀疏水声信道条件的多普勒补偿，尽管降低了系统的误码率，但是这两种方法具有计算开销过大的问题，不利于实时通信。采用频域变采样技术结合信道稀疏度检测的OFDM水声移动通信多普勒估计方法，利用了水声信道的稀疏特性实现了对多普勒的跟踪与补偿，但是普勒估计精度受限于快速傅里叶变换(Fast Fourier Transformation，FFT)算法的计算分辨率，在中高纬度冰水混合区复杂信道环境下应用效果不佳，若采用高分辨率FFT进行多普勒估计和补偿需要消耗大量的存储空间并且计算复杂度高。

发明内容

本发明为了解决现有技术中水声通信对多普勒效应较为敏感，造成载波间干扰，严重降低了OFDM系统的通信性能的问题，提供一种基于信道稀疏度检测的正交多载波多普勒估计方法。

具体而言本发明提供了一种基于信道稀疏度检测的正交多载波多普勒估计计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：

S1，在接收端获取通过水声信道的OFDM信号；

S2，在接收端以多普勒因子λ_i对接收信号进行重采样，获取I个多普勒搜索因子补偿后的解调导频向量，其中I为多普勒最大搜索个数；

S3，基于压缩感知的匹配追踪算法，对I个并行重采样后的解调导频向量进行稀疏信道重建，并计算每个经过匹配后的信道时域冲激响应；

S4，计算各信道时域冲激响应稀疏度，选择稀疏度最大的信道所对应的多普勒搜索因子作为最优压缩感知重采样因子，获取多普勒估计值。

更进一步地，在步骤S2中，在接收端以多普勒因子λ_i对接收信号进行重采样，第m个子载波的FFT输出：

更进一步地，在步骤S2中，所述z_i(m)在所述通过水声信道的OFDM信号模型下写作：