一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统.pdf

(19)国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN114710386A(43)申请公布日2022.07.05(21)申请号202210329421.3(22)申请日2022.03.30(71)申请人华中科技大学地址430074湖北省武汉市洪山区珞喻路1037号(72)发明人李渝舟王一蒙黄金雕熊琪龙(74)专利代理机构华中科技大学专利中心42201专利代理师胡秋萍(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04L27/00(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书1页说明书6页附图3页(54)发明名称一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统(57)摘要本发明公开一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统，属于水声无线通信技术领域。包括：将LFM同步信号长度、多普勒因子最大可能值和原始发送信号长度作为先验信息，对基带接收信号的首部和尾部同步信号分别进行截取，截取到的首尾两个同步信号进行互相关运算，得到相关峰位置，作为基带接收信号长度相对于原始发送信号长度的变化量，结合变化量，估计基带接收数据信号长度，估计信道多普勒因子以重采样率对基带接收信号进行时域重采样。本发明对信道多普勒因子进行高精准估计，从而确定重采样率，通过时域重采样操作对信号时域尺度变化进行消除，同时抑制各子载波的非均匀多普勒频率偏移，显著提升系统的信号检测性能。CN114710386ACN114710386A权利要求书1/1页1.一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法，发送机在发送信号的首部和尾部分别添加LFM同步信号，该方法应用于接收机，其特征在于，包括：S1.将LFM同步信号长度Tl、多普勒因子最大可能值αmax和原始发送信号长度Tt作为先验信息，对基带接收信号的首部和尾部同步信号分别进行截取；S2.截取到的首尾两个同步信号进行互相关运算，得到相关峰位置，作为基带接收数据信号长度相对于原始发送信号长度的变化量；S3.结合该变化量，估计基带接收数据信号长度S4.估计信道多普勒因子S5.以重采样率对基带接收信号进行时域重采样；S6.对重采样后的基带接收信号去除掉首部和尾部长度为Tl的信号，得到频偏补偿后的接收数据信号。2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中，截取基带接收信号头部长度为Tl的信号，作为首部同步信号，截取基带接收信号处至尾端的所有信号，作为尾部同步信号。3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2中，对截取得到的首尾同步信号进行互相关运算：其中，C(τ)为互相关运算的结果，τ为信号时延，y(t)为基带接收信号，y*(t)为y(t)的共轭信号。4.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S3中，估计出接收数据信号长度：其中，Δτ为相关峰位置。5.一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制系统，其特征在于，包括：计算机可读存储介质和处理器；所述计算机可读存储介质用于存储可执行指令；所述处理器用于读取所述计算机可读存储介质中存储的可执行指令，执行权利要求1至4任一项所述的水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法。6.一种计算机可读存储介质，其特征在于，包括存储的计算机程序；所述计算机程序被处理器执行时，控制所述计算机可读存储介质所在设备执行权利要求1至4任一项所述的水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法。2CN114710386A说明书1/6页一种水声OFDM通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统技术领域[0001]本发明属于水声无线通信技术领域，更具体地，涉及一种水声OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，正交频分复用)通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统。背景技术[0002]OFDM技术通过将高速串行传输的数据流转换为低速并行传输的数据流以及添加循环前缀等操作，可以有效抑制多径时延造成的符号间干扰。此外，OFDM通过子载波间正交性进行解调，因此允许子载波频谱相互重叠，从而可以有效提升系统频谱效率。OFDM技术所具有的这些优势可以克服水声信道的很多恶劣条件，因此被认为是实现高速水声通信的一种重要技术手段。[0003]对于OFDM通信系统，由于其解调依赖于子载波间的正交性，对于频率偏移十分敏感，而水声信道具有强烈的多普勒效应，会导致载波发生频率偏移，从而引起载波间干扰，使得OFDM载波间的正交性被严重破坏，系统信号检测性能大幅下降，甚至无法工作。因此，想要实现数据的精准检测，需要对载波频偏进行抑制。[0004]但是，由于载波频率与信号带宽的比值很小，水声信道本质上呈现出一种宽带的特性，信号经过信道在多普勒效应影响下会产生非均匀频率偏移，即各个子载波频偏大小与子载波自身频率相关，同时，信号在时域会发生展宽或压缩的尺度变化，很难对信