[发明专利]基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法

说明书

本发明提出了基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法，所述估计方法包括以下步骤：接收信号自相关输出；选取峰值附近的三个邻点；判断λ＝1或λ1，并分别求得不同情况下的多普勒因子估计值。本发明针对CP‑OFDM系统接收信号自相关输出表达式，通过二次函数拟合后泰勒级数展开、三角函数变换等近似方式，得到了多普勒因子估计值在不同的过采样因子条件下适用的闭式解，利用该解可以显著提高多普勒因子估计精度。同时，本发明得到了过采样因子的综合最佳取值，为通信系统接收机过采样参数设置提供最优解。

技术领域

本发明涉及基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法，属于水声通信领域技术领域。

背景技术

近年来正交频分复用(OFDM)在水声通信系统中得到广泛应用，但不同于无线电通信，水声通信过程会由于低速传播的声波和较小的载波频率带宽比而存在强烈的多普勒效应，因此为了保证OFDM系统能够在水声信道中实现，必须适当处理多普勒效应。一种方法采用线性调频(LFM)信号和双曲调频(HFM)信号的这种多普勒不敏感信号作为前导码和后同步码，在接收端处理得到前导码与后同步码的时间间隔，与原始间隔比较即可估算多普勒因子。该方法引入多余信号，且需要线下处理。在不引入额外信号的情况下，CP-OFDM系统通过循环前缀(CP)的自相关输出进行多普勒因子估计，但直接应用该方法的精度受接收信号采样率的影响，通过过采样提高估计精度的同时也会增加计算复杂度。采取插值方式可以最低限度地改善估计准确度，一种方法将频率估计的插值技术直接应用于多普勒因子估计，但没有给出明确的解释。另一种方法基于一阶导数的插值方法将一阶导数替换为瞬时相关输出，但导致性能下降。本发明通过基于水声CP-OFDM系统的接收信号自相关输出经过一系列数学近似得到的闭式表达式的输出峰附近三点的插值进行高精度多普勒因子估计。

发明内容

本发明的目的是提出基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法，要解决的技术问题是是对基于CP-OFDM系统自相关输出的多普勒因子估计方法所采用的插值技术给出合理的解释，并且使估计性能得到提升。

基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法，所述估计方法包括以下步骤：

S100：得到一系列假设近似之后的自相关输出表达式取绝对值，在自相关输出峰附近取三个样本点和

S200：判断λ＝1或λ1，当λ＝1时，执行步骤S310；当λ1时，执行步骤S410，其中，λ为过采样因子；

当λ＝1时，多普勒因子估计方法包括以下步骤：

S310：对选取的三个样本点处的自相关输出的分母进行泰勒级数展开，忽略高阶项，得到近似表达式；

S320：根据期望自相关输出表达式得到三点的输出函数关系；

S330：将上式中的分子中的三角函数部分转化为其他形式；

S340；λ＝1，且α很小的情况下，上式中转化得到的项近似等于1，将步骤320中的输出表达式分子近似为一致可约去；

S350：定义关于三个样本点的新变量Re(θ)；

S360：计算二次函数的两个根和

S370：根据和的正负来选择其中一个根作为真正的多普勒因子估计值，

当λ1时，多普勒因子估计方法包括以下步骤：

S410：定义和将三个样本点的|Ψ_α[·]|输出化简为关于η和γ的自相关输出表达式；

S420：根据自相关输出表达式确定新变量的函数表达式；

S430：根据函数表达式计算多普勒因子估计值。

进一步的，S420中，包括以下步骤：