[发明专利]一种基于EMD-WFFT时变宽带多普勒补偿方法

说明书

本发明公开了一种基于EMD‑WFFT时变宽带多普勒补偿方法。步骤1：使用训练序列进行同步；步骤2：将步骤1中的训练序列去掉循环前缀；步骤3：将步骤2得到的信号乘小波函数后再进行WFFT处理；步骤4：将步骤3中经过WFFT处理后的数据再通过EMD处理观测频偏分量；步骤5：将步骤4中EMD处理观测频偏分量后进行重采样，完成对宽带多普勒的粗补偿；步骤6：在经过粗补偿处理后的数据输入自适应梯度算法；步骤7：将数据输入自适应梯度算法后，再通过载波进行信道均衡，去除ICI，对多普勒进行补偿。本发明为了解决水声通信系统的信道估计问题。

技术领域

本发明属于水声通信领域；具体涉及一种基于EMD-WFFT时变宽带多普勒补偿方法。

背景技术

水声通信中，起伏的海面，变化的海洋环境，船舶和水下无人潜航器的移动，都会引起多普勒频率偏移。由于在水体中声波的传播速度相对不高，因此即便是比较小的收发端的相对运动都将引起较为严重的多普勒频移。多普勒是影响水声信号检测性能的主要因素，多普勒会破坏正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)载波的正交性，产生载波间的干扰(inter carrier interference,ICI)，造成接收信号的频谱畸变，严重影响了数据通信。大量关于多普勒补偿的研究已经展开。研究结果集中于水下平台的高速移动，以及水下宽带信号而产生的宽带多普勒补偿问题。OFDM水声通信中产生的时变多普勒会因子载波频率不同而具有差别，这种宽带多普勒具有非一致性，传统的补偿算法不能抑制信号产生的畸变。

由于传播速度和水下平台运动速度，水声信道中的多普勒要比无线信道大得，主要由于声音在水中传播速度仅为(1500m/s)。水下节点运动时发射的宽带信号导致多普勒在频带内具有非一致性。

水声信道时变宽带多普勒使ICI变得更加复杂，依靠传统FFT后频域均衡的方法，根本无法解决载波间的干扰，而且在进行FFT时，干扰已经混叠在频域内，根本无法消除。传统多普勒抑制采用重采样的方法，这种方法对宽带恒定多普勒有效，也就是通信节点相对速度恒定的情况下。然而实际水下信道中，OFDM等多载波的水声信道是时变的、宽带的，发射节点、接收节点的运动都是随机的。因此原重采样的方法只能对宽带多普勒进行粗补，必然会有残余多普勒无法补偿。

现已提出的水声OFDM信号ICI(inter carrier interference)抑制方法大多专注于后快速傅立叶变换(post-FFT)处理。然而在这样做的过程中，一些有用的信息在FFT解调期间丢失。

发明内容

为了解决水声通信系统的信道估计问题，本发明提出一种基于EMD-WFFT时变宽带多普勒补偿方法。

本发明通过以下技术方案实现：

一种基于EMD-WFFT时变宽带多普勒补偿方法，所述补偿方法包括以下步骤：

步骤1：使用训练序列进行同步；

步骤2：将步骤1中的训练序列去掉循环前缀；

步骤3：将步骤2得到的信号乘小波函数后再进行WFFT处理；

步骤4：将步骤3中经过WFFT处理后的数据再通过EMD处理观测频偏分量；

步骤5：将步骤4中EMD处理观测频偏分量后进行重采样，完成对宽带多普勒的粗补偿；

步骤6：在经过粗补偿处理后的数据输入自适应梯度算法；

步骤7：将数据输入自适应梯度算法后，再通过载波进行信道均衡，去除ICI，对多普勒进行补偿。

进一步的，所述步骤2具体为，在水声OFDM通信发射端中，经过串行到并行转换、编码和符号映射的调制过程的发送信号X为：