[发明专利]水声OFDM自适应搜索多普勒补偿方法

说明书

技术领域

本发明涉及的是一种高速水声通信的补偿方法。

背景技术

声波是水下唯一的可进行远程传输的信息载体，随着海洋开发的不断深入，对水下移动通信的传输效率和可靠性要求也越来越高。正交频分复用技术具有抗多径衰落、抗突发干扰等优点，并且适合于高速数据传输。OFDM符号实际上是多个经过调制的子载波信号之和，各子载波之间利用正交性来区分。然而如果存在子载波间的干扰，就会破坏这种正交性，导致系统性能下降。引起子载波间干扰的原因有多种，其中之一就是接收端与发送端相对运动引起多普勒频偏，破坏子载波间正交性，导致解调错误。所以针对水声OFDM系统进行多普勒补偿是提高系统性能的关键。

现有的水声OFDM系统多普勒补偿技术，多采用块多普勒估计或单频信号测频方法估计多普勒频偏因子，然后通过变采样法对多普勒进行补偿。块多普勒估计是在数据帧的前后各插入一个已知信号，在接收端通过与本地信号进行相关处理测得接收数据帧的宽度，与发送数据帧长度比较测得多普勒频偏因子，其测量精度受已知信号的模糊度图的限制，即要求信号的时间带宽积足够大。单频信号测频方法是通过测量接收的CW信号频率，与发送的CW信号频率进行比较测得多普勒频偏因子，其测量精度受CW信号脉冲长度的限制，且易受到噪声和多径干扰。

发明内容

本发明的目的在于提供不易受到噪声和多径干扰的水声OFDM自适应搜索多普勒补偿方法。

本发明的目的是这样实现的：

本发明水声OFDM自适应搜索多普勒补偿方法，其特征是：

（1）采用CW信号作为训练序列进行多普勒频偏因子粗测：定义多普勒频偏因子μ_d＝v/c，其中v表示发送端与接收端的相对运动速度，c为声波在水中传播的速度，发送的CW信号频率为f_t，接收的CW信号频率为f_r，首先对接收的CW信号进行滤波，然后对其做傅里叶变换，再通过抛物线拟合法测得CW信号频率为则粗测的多普勒频偏因子

（2）利用高倍DFT对多普勒频偏进行补偿：发送的OFDM符号长度为N长度N不包括循环前、后缀长度，由于信号受到多普勒频偏的影响，使得OFDM符号的时域波形发生压缩或扩展，即一个完整的OFDM信号波形的采样点变成了N′点，对接收的OFDM信号截取N′点后做2ⁿ点DFT，根据测得的多普勒频偏因子重新计算出数据子载波的位置；

（3）将CW信号估计出的多普勒频偏因子μ作为初始条件，以均衡后的接收数据的MSE作为代价函数进行搜索，直到计算出的MSE能够找到极小值：

对OFDM时域符号进行截取之前，利用粗测的频偏因子μ重新计算OFDM符号长度，即：

N′=[N1+μ],]]>

其中[]表示四舍五入取整，在对OFDM符号重新截取N′点后进行高倍DFT多普勒补偿，OFDM符号采用梳状导频结构，利用梳状导频插值进行信道估计，均衡数据子载波，由于粗测的频偏因子存在误差，多普勒补偿与均衡后的数据的均方误差较大，所以要进行搜索过程。将此时计算的均方误差存储起来：

MSE(0)＝MSE_μ，

然后对多普勒因子以步长μ_f进行新的多普勒因子搜索，得到新的多普勒因子：

μ_k＝μ+kμ_f,k＝±1,±2,...,±K

将μ_k代入式计算出新的OFDM符号长度，并对接收数据重新截取，之后的多普勒补偿与信道均衡过程重复上述步骤，并将计算出的数据均方误差存储起来，即：

MSE(k)=MSEμk,]]>