一种用于水声FBMC系统的信号检测方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN113259295A(43)申请公布日2021.08.13(21)申请号202110500461.5(22)申请日2021.05.08(71)申请人浙江大学地址310058浙江省杭州市西湖区余杭塘路866号(72)发明人瞿逢重陆雪松朱江魏艳(74)专利代理机构杭州求是专利事务所有限公司33200代理人刘静(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)H04L25/03(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图6页(54)发明名称一种用于水声FBMC系统的信号检测方法(57)摘要本发明公开了一种用于水声FBMC通信系统的信号检测方法。该方法是一种基于滤波器组的多载波(FBMC)水声通信技术。本方法提出的水声FBMC通信信号检测方法，是针对水声时延‑多普勒双扩展信道模型的方法，其步骤包含：利用一组正负调频HFM信号实现信号同步和多普勒估计；利用已知的导频符号，实现载波频偏(CFO)估计；利用补偿过CFO的导频符号实现信道估计；根据估计得到的信道构造联合传输矩阵；分割联合传输矩阵为多个子矩阵，并依次对每个子矩阵进行信道均衡，得到待检测符号。本发明的优势在于：对HFM和preamble的复用降低了系统开销；构建的联合传输矩阵包含了每个接收符号受到的所有非加性干扰，提高了均衡性能；滑动窗的均衡方法有效降低了系统计算复杂度。CN113259295ACN113259295A权利要求书1/2页1.一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述水声FBMC系统中的FBMC数据帧由一对双曲调频(HFM)同步信号、若干保护间隔和若干数据块组成，且该方法包括以下步骤：(1)信号同步：信号同步的目的是找到信号何时到达接收端。采用互相关的方法，对数据帧帧头部分的一对正负调频的双曲调频HFM信号进行匹配滤波，得到一对相关峰，这两个相关峰最大值的中间位置即可作为该数据帧信号的到达时刻，并以这个时刻，作为该帧信号后续检测操作的起始时刻，实现信号的同步；(2)多普勒估计与补偿：根据步骤(1)的匹配滤波结果，判断HFM信号的平移时长，估计多普勒因子，并采用重采样的方法对整帧信号进行多普勒补偿；(3)载波频偏估计与补偿：在整帧信号经过步骤(2)的多普勒补偿后，结合数据块的preamble中的导频符号，采用时间‑频偏二维搜索方法进行载波频偏(CFO)估计，并对该数据块做CFO补偿；(4)信道估计：建立信道脉冲响应和导频符号之间的线性模型，结合步骤(3)中补偿过CFO的导频符号，采用加权最小二乘方法，实现信道脉冲响应的估计；(5)构造联合传输矩阵：根据FBMC系统中的原型滤波器函数以及步骤(4)中估计得到的信道脉冲响应，构造联合传输矩阵；(6)信道均衡：沿步骤(5)中得到的联合传输矩阵的主对角线方向，分割子矩阵，并采用最小均方误差均衡器依次对每个子矩阵进行均衡，得到全部待检测符号。2.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(1)中的信号同步方法具体如下：(1.1)同步信号由一对正负调频的HFM信号构成，用本地的一组正负调频的HFM分别与接收信号做互相关运算，得到两个相关峰的到达时刻为tup和tdown；(1.2)计算两个相关峰到达时刻的中间值ta＝(tup+tdown)/2；(1.3)计算FBMC符号信号的到达时刻tFBMC＝ta+0.5tHFM+tgap，其中，tHFM为HFM的脉冲周期，tgap为HFM与信号之间保护间隔时长。3.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(2)中的多普勒估计与补偿方法具体如下：(2.1)计算正负调频的HFM相关峰平移时长：Δt＝(tdown‑tup)‑tHFM；(2.2)根据计算得到多普勒因子的估计值其中a和f0分别表示HFM的调制系数和中心频率；(2.3)根据估计得到的采用重采样的方法对接收信号做多普勒补偿。4.根据权利要求1所述的一种用于水声FBMC系统的信号检测方法，其特征在于，所述步骤(4)中的信道估计方法具体如下：(4.1)建立接收导频符号向量z0与信道脉冲响应h之间模型，满足：z0＝Λh+η0，其中，η0为噪声项，Λ是Mp×Nk维度的变换矩阵，Mp和Nk分别表示导频符号数量和信道抽头数，其中行向量λm定义为2CN113259295A权利要求书2/2页其中sm,0表示preamble中第m个子载波上的pilot符号，L表示原型滤波器的基带符号长度，g是原型滤波器函数，l表示长度为L的原型滤波器中的第l个点的下标，k表示信道的第k个抽头下标，m和p分别为第m和第p个子载波，M是总子载波数；(4.2)采用加权最小二乘方法估计得到信道时域脉冲响应其