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.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CN111131098A(43)申请公布日2020.05.08(21)申请号201911419281.3(22)申请日2019.12.31(71)申请人哈尔滨哈船海洋信息技术有限公司地址150001黑龙江省哈尔滨市南岗区南通大街258号哈尔滨船舶电子大世界西区13层1301-1302号(72)发明人孙宗鑫(74)专利代理机构哈尔滨市阳光惠远知识产权代理有限公司23211代理人刘景祥(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)H04L27/26(2006.01)H04B11/00(2006.01)H04B13/02(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图1页(54)发明名称基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法(57)摘要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λ>1，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。CN111131098ACN111131098A权利要求书1/2页1.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，其特征在于，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λ>1，当λ＝1时，执行步骤S310；当λ>1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λ>1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|Ψα[·]|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。2.根据权利要求1所述的基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法，其特征在于，S420中，包括以下步骤：S421：对上式中的分母进行泰勒级数展开，忽略高阶项，得到泰勒展开近似后的输出表达式；S422：将输出表达式转化为三点的输出与关于η和γ的三角函数的等式；S423：将S422得到的等式转化为η关于γ和输出值的等式，定义分子为μ1，分母为μ2；S424：计算多普勒因子估计值3.根据权利要求1所述的基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方2CN111131098A权利要求书2/2页法，其特征在于，S420中，包括以下步骤：S425：根据得到的自相关输出表达式中的三角函数部分的和，进行差化积运算，将三个样本点的输出结合在一个等式；S426：定义和得到η关于Γ1，Γ2和γ的表达式；S427：计算多普勒因子估计值3CN111131098A说明书1/9页基于水声OFDM信号自相关输出峰插值的多普勒因子估计方法技术领域[0001]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[0002]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