[发明专利]一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM‑MFSK信道均衡方法

权利要求书

1.一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，具体的实现步骤包括：

(1)发射端在一帧数据的首尾加入线性调频信号；

(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收信号进行多普勒补偿；

(3)利用多普勒补偿后的帧前同步信号进行高精度信道冲激响应估计；

(4)根据估计出的信道冲激响应结果对数据进行虚拟时间反转信道均衡；

(5)对均衡后的数据进行解调。

2.根据权利要求1所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于：步骤(1)中所述的线性调频信号的带宽为系统工作带宽，线性调频信号的带宽与线性调频信号的时间乘积大于100，且数据与两个线性调频信号间的保护间隔长度大于信道的最大多途扩展长度。

3.根据权利要求1所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，所述的步骤(2)的具体实现步骤包括：

(2.1)利用数据首尾的线性调频信号进行匹配滤波，对接收到的数据以同步信号作为参考信号进行相关运算，寻找帧前和帧后同步信号的峰值坐标点，计算两个信号的时间间隔；

(2.2)计算整帧数据的平均多普勒因子，并根据平均多普勒因子采用线性插值的方法完成接收信号的多普勒补偿。

4.根据权利要求1所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，所述的步骤(3)的具体实现步骤包括：

(3.1)将多普勒补偿后的帧前同步信号作为探测信号，采用正交匹配追踪算法完成水下多途信道冲激响应的估计，得到每条多途路径的时延、幅度信息。

5.根据权利要求1所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，所述的步骤(4)的具体实现方式为：将估计出的信道冲激响应进行时间反转后，与接收数据进行卷积，完成数据的虚拟时间反转信道均衡。

6.根据权利要求1所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，所述的步骤(5)的具体实现步骤包括：

(5.1)对数据进行并串转换，去掉循环前缀和循环后缀；

(5.2)对DFT进行运算，得到全部子载波频域数据；

(5.3)将数据取模并按照M元为一组进行划分，计算每一组数据的能量最大值代表的比特数，实现数据的解调。

7.根据权利要求4所述的一种基于虚拟时间反转镜的水声OFDM-MFSK信道均衡方法，其特征在于，步骤(3.1)中所述的正交匹配追踪算法的具体实现步骤包括：

(3.1.1)构建稀疏信道的线性化模型

y＝Φx+v

其中，y∈R^M为信道观测向量，x∈R^N为待估计的稀疏信道，v∈R^M为信道噪声向量，Φ∈R^M×N为测量矩阵(或原子库)，且可以表示为为原子，观测矩阵为探测信号所构成的托普利兹矩阵；

(3.1.2)初始化残差r₀＝y，索引集迭代索引i＝1，

(3.1.3)寻找测量矩阵Φ中与残差最匹配的原子：

(3.1.4)增加支撑集Λ_i＝Λ_i-1∪{λ_i}，增广矩阵

(3.1.5)利用索引集中现有的原子逼近观测向量：

h^Λi=argminhΛi||y-Ψ~ihΛi||]]>

(3.1.6)更新残差：

ri=y-Ψ~ih^Λi]]>

(3.1.7)若i＜k，迭代索引加1，返回到步骤(3.1.3)；若i＝k，得到最后的信道估计结果