[发明专利]一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法

说明书

本发明公开了一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，涉及水声通信领域。本发明考虑水下发送设备能量受限的现状，采用插入零后缀的方式来消除OCDM信号块间的干扰，针对水声信道时延已知和未知两种情况，利用其菲涅尔域零导频的能量为零的特点，建立CFO估计度量，设计不同的载波频偏估计补偿方法。本发明考虑OCDM信号在接收端已经完成检测同步工作和多普勒偏移初步补偿的基础上开展，通过寻找OCDM系统菲涅尔域零导频的CFO估计度量的最小值，确定最佳的CFO候选值，对接受信号进行载波频偏参数的估计和补偿。本发明有效提升了OCDM信号在水下通信的可行性和通信效果，降低设备信息处理能耗。

技术领域

本发明涉及水声通信领域，尤其涉及一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法。

背景技术

正交啁啾分复用(Orthogonal Chirp Division Multiplex,OCDM)是近期新提出的一种多载波调制技术，该技术利用正交的啁啾信号来调制载荷信息，数学化的表示为菲涅尔变换，以此实现信号时域和菲涅尔域的相互变化，该变换类似于正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplex,OFDM)中的傅里叶变换。OCDM调制方式对于时域和频域内的突发干扰体现出了良好的抗干扰性，目前多运用于光通信场景。然而，OCDM调制方式对载波频偏较为敏感，水下环境传输信号也会发生较大频率偏移，这一偏移的影响仅依靠重采样操作是无法完全消除的；此外，水声信号传输环境多为能量受限场景，零后缀技术运用更加广泛，目前常见的针对添加循环前缀的OCDM载波频偏估计算法无法直接运用至添加零后缀的OCDM信号；同时，现有的OCDM载波频偏估计算法的使用，依赖信道时延长度这一信息，而这在水声通信中往往是难以获得的。因此综合上述现状，考虑信道时延已知和未知的情况下，设计针对菲涅尔域零导频OCDM系统的载波频偏估计补偿方法，是提升OCDM水声通信系统效果的重要思路。

国内申请号为202010708335.4的名称为“一种面向正交切普复用调制的低复杂度频选信道估计方法”提供了针对OCDM系统的低复杂度信道估计方法，可用于估计具有多途特性的信道参数。国内申请号为201710793527.8的名称为“一种移动水声通信方法”，提供了一种针对OCDM系统发送端增补阶次扫描搜索迭代算法以降低计算复杂度减少多普勒频移影响的水声通信方法。国内申请号201510919217.7的名称为“一种载波频偏估计方法和系统”，提供了一种针对OFDM信号发送前对载波频偏进行矫正的系统。上述方法虽一定程度上探究了OCDM系统在不同场景下的运用优势，以及OFDM系统应对载波偏移的方法，但没有指出水声通信环境下如何对使用零后缀的OCDM系统进行载波频率偏移估计，限制了菲涅尔域零导频OCDM系统在水声通信中获得的通信效果。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法。本发明面向OCDM水声通信系统，提出了基于菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统的载波频偏估计补偿方法。区别于传统的OCDM载波频偏估计补偿方式，本发明综合考虑水声通信能量受限和信道信息不容易获得的现状，考虑信道时延已知和未知的情况下，设计针对使用零后缀的OCDM信号的载波频偏估计算法，将菲涅尔域零导频的能量作为载波频偏估计度量，寻找最佳的载波频偏候选值，作为最终载波频偏估计值。实现在水下信道时延已知和未知的条件下，实现使用零后缀的OCDM系统内估计载波频偏的目的，达到更好的水声通信效果。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是在水下信道时延已知和未知的情况下，实现使用零后缀的OCDM系统内估计载波频偏的目的，达到更好的水声通信效果。

为实现上述目的，本发明提供了一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，包括以下步骤：

步骤1、使用菲涅尔域长度为L的导频符号p(i)、长度为L的零导频符号0和长度为N的数据符号d(i)生成长度为M＝2L+N的OCDM调制信号其中为逆菲涅尔变换矩阵，包含M个子载波，分配能量E；