[发明专利]一种用于水声FBMC系统的信号检测方法

说明书

本发明公开了一种用于水声FBMC通信系统的信号检测方法。该方法是一种基于滤波器组的多载波(FBMC)水声通信技术。本方法提出的水声FBMC通信信号检测方法，是针对水声时延‑多普勒双扩展信道模型的方法，其步骤包含：利用一组正负调频HFM信号实现信号同步和多普勒估计；利用已知的导频符号，实现载波频偏(CFO)估计；利用补偿过CFO的导频符号实现信道估计；根据估计得到的信道构造联合传输矩阵；分割联合传输矩阵为多个子矩阵，并依次对每个子矩阵进行信道均衡，得到待检测符号。本发明的优势在于：对HFM和preamble的复用降低了系统开销；构建的联合传输矩阵包含了每个接收符号受到的所有非加性干扰，提高了均衡性能；滑动窗的均衡方法有效降低了系统计算复杂度。

技术领域

本发明属于多载波通信领域，涉及一种水声多载波信号检测方法，特别涉及一种用于水声FBMC系统的信号检测方法。

背景技术

在现有的多载波水声通信技术中，多使用正交频分复用(Orthogonal FrequencyDivision Multiplexing，OFDM)技术，相对于单载波水声通信技术，OFDM可以以较低的接收机复杂度应对多径信道情况。但是，在OFDM系统中，由于需要各个子载波之间是正交的，因此对载波间干扰很敏感。载波间干扰通常来自于多普勒频移和载波频偏(CFO)。多普勒频移是由收发端之间的相对运动引起的，CFO主要是由收发端的晶振频率不一致造成的。因此在信号检测中需要准确进行信号同步、多普勒估计及CFO估计，并补偿。在无线电通信系统中，由于收发端的相对速度远远低于电磁波的传播速度，多普勒因子通常＜10^-6，几乎可以忽略，但是在水中，声速较慢(约为1400～1600米/秒)，这就导致多普勒因子通常在10^-3级别，不可忽略。虽已有技术着力于解决OFDM中的载波间干扰问题，但是在复杂多变的水声信道环境中，依然难以做到较好性能的多普勒补偿。此外，每个OFDM符号前都需要循环前缀或保护间隔，以避免符号间干扰，降低了频谱效率。

为了应对OFDM的这些缺点，基于滤波器组的多载波(Filter Bank Multi-carrier，FBMC)技术得到关注与研究。在对抗载波间干扰方面，FBMC技术应用非正交子载波的思想，降低了FBMC系统对子载波间干扰的敏感度。在频谱效率方面，不同于OFDM，FBMC无需每个多载波符号前都添加循环前缀或保护间隔，而且本发明所采用的方法，针对频谱资源稀缺的水下环境，只需要每帧前插入一个preamble进行信道估计和频偏估计即可，而每帧可包含多个FBMC符号，提高频谱效率。然而，FBMC系统所应用的非正交思想也引入了一定的固有干扰，因此本发明针对FBMC信号检测技术中的问题，在检测复杂度和检测性能上，提出了一种折中的选择，并进一步提高了信号利用率，即，提供了一种用于水声信道环境的FBMC信号检测方法。该方法的优势包括：1)复用同步头脉冲，实现信号同步和多普勒估计，且所使用的正负HFM信号具有多普勒不变性，可有效降低同步误差；2)复用preamble信号，实现CFO估计和信道估计；3)构造联合传输矩阵，该矩阵能全面考虑载波间干扰、符号间干扰和固有干扰；4)采用滑动窗均衡方法，可以降低计算复杂度。

发明内容

本发明旨在于针对现有水声多载波通信技术的不足，提供了一种用于水声环境的FBMC系统信号检测方法。降低系统受多普勒和CFO的影响，并提高系统的频谱效率。

为实现上述目的，本发明提供的一种用于水声环境的FBMC系统信号检测方法，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，实现了信号的同步；