[发明专利]一种用于水声FBMC系统的信号检测方法

权利要求书

1.一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述水声FBMC系统中的FBMC数据帧由一对双曲调频(HFM)同步信号、若干保护间隔和若干数据块组成，且该方法包括以下步骤：

(1)信号同步：信号同步的目的是找到信号何时到达接收端；采用互相关的方法，对数据帧帧头部分的一对正负调频的双曲调频HFM信号进行匹配滤波，得到一对相关峰，这两个相关峰最大值的中间位置即可作为该数据帧信号的到达时刻，并以这个时刻，作为该帧信号后续检测操作的起始时刻，实现信号的同步；

(2)多普勒估计与补偿：根据步骤(1)的匹配滤波结果，判断HFM信号的平移时长，估计多普勒因子，并采用重采样的方法对整帧信号进行多普勒补偿；

(3)载波频偏估计与补偿：在整帧信号经过步骤(2)的多普勒补偿后，结合数据块的preamble中的导频符号，采用时间-频偏二维搜索方法进行载波频偏(CFO)估计，并对该数据块做CFO补偿；

(4)信道估计：建立信道脉冲响应和导频符号之间的线性模型，结合步骤(3)中补偿过CFO的导频符号，采用加权最小二乘方法，实现信道脉冲响应的估计；

(5)构造联合传输矩阵：根据FBMC系统中的原型滤波器函数以及步骤(4)中估计得到的信道脉冲响应，构造联合传输矩阵；

(6)信道均衡：沿步骤(5)中得到的联合传输矩阵的主对角线方向，分割子矩阵，并采用最小均方误差均衡器依次对每个子矩阵进行均衡，得到全部待检测符号。

2.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中的信号同步方法具体如下：

(1.1)同步信号由一对正负调频的HFM信号构成，用本地的一组正负调频的HFM分别与接收信号做互相关运算，得到两个相关峰的到达时刻为t_up和t_down；

(1.2)计算两个相关峰到达时刻的中间值t_a＝(t_up+t_down)/2；

(1.3)计算FBMC符号信号的到达时刻t_FBMC＝t_a+0.5t_HFM+t_gap，其中，t_HFM为HFM的脉冲周期，t_gap为HFM与信号之间保护间隔时长。

3.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的多普勒估计与补偿方法具体如下：

(2.1)计算正负调频的HFM相关峰平移时长：Δt＝(t_down-t_up)-t_HFM；

(2.2)根据计算得到多普勒因子的估计值其中a和f₀分别表示HFM的调制系数和中心频率；

(2.3)根据估计得到的采用重采样的方法对接收信号做多普勒补偿。

4.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中的信道估计方法具体如下：

(4.1)建立接收导频符号向量z₀与信道脉冲响应h之间模型，满足：z₀＝Λh+η₀，其中，η₀为噪声项，Λ是M_p×N_k维度的变换矩阵，M_p和N_k分别表示导频符号数量和信道抽头数，其中行向量λ_m定义为

其中s_m,0表示preamble中第m个子载波上的pilot符号，L表示原型滤波器的基带符号长度，g是原型滤波器函数，l表示长度为L的原型滤波器中的第l个点的下标，k表示信道的第k个抽头下标，m和p分别为第m和第p个子载波，M是总子载波数；

(4.2)采用加权最小二乘方法估计得到信道时域脉冲响应其中C_η0为噪声η₀的协方差矩阵，Λ^H表示Λ的共轭转置。