一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法.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CN105490974A(43)申请公布日2016.04.13(21)申请号201510930460.9(22)申请日2015.12.15(71)申请人江苏科技大学地址212003江苏省镇江市梦溪路2号(72)发明人王彪丁鹭飞杨奕飞戴跃伟(74)专利代理机构南京苏高专利商标事务所(普通合伙)32204代理人陈静(51)Int.Cl.H04L25/02(2006.01)H04L27/26(2006.01)权利要求书2页说明书6页附图2页(54)发明名称一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法(57)摘要本发明公开了一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，包括如下步骤：对接收端接收到的稀疏信号以抽样间隔进行采样，得到稀疏向量y；由接收双方都已知的同步导频信号s(t)结合信道特点，选取合适精度，构造超完备字典；在一个周期内对所有抽样值累积得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元素为系数的C各列的线性组合；由超完备字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重构信号x；找到x中非零元素所对应超完备字典C中的相应列，继而找到各径所对应的等价多普勒因子。本发明不仅大大提高了MIMO-OFDM水声多普勒因子的估计精度，而且针对常规多普勒扩展也提出了新的解决方法。CN105490974ACN105490974A权利要求书1/2页1.一种MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，包括如下步骤：S1：对接收端接收到的稀疏信号以抽样间隔进行采样，得到稀疏向量y；S2：由接收双方都已知的同步导频信号s(t)结合信道特点，选取合适精度，构造超完备字典；S3：在一个周期内对所有抽样值累积得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元素为系数的C各列的线性组合；S4：由超完备字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重构信号x；S5：找到x中非零元素所对应超完备字典C中的相应列，继而找到各径所对应的等价多普勒因子。2.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S1具体为：考虑一个有Nt个换能器，Nr个水听器的水声MIMO-OFDM通信系统，假设在第i个换能器和第j个水听器间的MIMO水声稀疏信道中，在一个符号周期内多径衰减是近似保持不变的，并且每一个换能器至水听器的等效多普勒因子都不同；定义多普勒因子νp、时延因子τp参数集合：νp∈{ν1,ν2,...,νl,...,νL}τp∈{τ1,τ2,...,τk,...,τK}其中νl＝ν1+(l-1)Δν，τk＝τ1+(k-1)Δτ，Δν、Δτ表示多普勒及时延估计的离散精度，可以根据需要灵活调整，L、K分别表示MIMO信道可能的多普勒因子、时延值个数；假定发送端同步导频信号为s(t)，经过MIMO稀疏时变信道后第j个水听器接收信号表示成yj(t)。3.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S2具体为：设s(t)的持续时间为[0,T]，在接收端对y(t)以间隔Δt进行抽样，令所述S1步骤中τ1＝0，抽样间隔Δt＝Δτ，并省略上式中的Δt，化简并写成向量形式可表示为y[i]＝c[i]Tx+n[i]。4.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S3具体为：在一个周期内对所有抽样值累积得：y＝Cx+n，考虑所示接收信号的向量形式，接收向量看作以x元素为系数的C各列的线性组合。5.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S4具体为：采用基于稀疏贝叶斯学习的MIMO-OFDM水声多普勒估计方法，从水声信道的稀疏特性出发，基于超完备字典将MIMO多普勒估计问题建模为稀疏表示问题，利用稀疏贝叶斯学习算法进行求解，在已知y与C的前提下，SBL算法以自适应调整当时重构出幅度衰减矩阵x。6.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S5具体为：根据所述步骤S4重构出的稀疏矩阵x，找到其非零向量对应C矩阵中相应的元素，继而找到各对应MIMO信道的多普勒因子。7.根据权利要求1所述的MIMO-OFDM水声通信系统的多普勒估计方法，其特征在于，所述步骤S4中SBL算法的具体实现步骤为：第一步，输入：I维的接收向量y，I×(L×K)维超完备字典矩阵C，I＝T/Δt第二步，初始化：超参数γ(0)≥0，β(0)＞0，迭代数k＝1，ε＞0；第三步，算法迭代：a.记Λ＝diag(1/γ)，利用2CN105490974A权利要求书2/2页Σ＝(βCTC+Λ)-1分别估计μ(k-1)，Σ(k-1)；b.记A＝β-1I+CΛ-