水声OFDM多普勒因子精确估计方法.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(10)申请公布号CNCN103618686103618686A(43)申请公布日2014.03.05(21)申请号201310595999.4(22)申请日2013.11.22(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)发明人王彪支志福朱志宇戴跃伟(74)专利代理机构南京经纬专利商标代理有限公司32200代理人楼高潮(51)Int.Cl.H04L27/26(2006.01)权权利要求书1页利要求书1页说明书7页说明书7页附图2页附图2页(54)发明名称水声OFDM多普勒因子精确估计方法(57)摘要本发明公开了一种水声OFDM多普勒因子精确估计方法，设计一种OFDM帧格式，加入带循环前缀的前同步码和CW单频信号，对接收信号进行三次多普勒估计，范围逐步缩小，精度逐步提高，达到相当高的估计精度。本发明利用CW信号进行第一次多普勒粗估计，以第一次估计结果结合前同步码结构特点，用自相关方法进行第二次多普勒估计。再利用前同步码对接收端已知这一特性，在第二次多普勒估计的基础之上，缩小多普勒因子的估计范围，用互相关方法进行第三次多普勒估计。本发明全面利用了前同步码的所有特点，在未增加复杂度的前提下，大大提高了多普勒因子的估计精度。CN103618686ACN10368ACN103618686A权利要求书1/1页1.一种水声OFDM多普勒因子精确估计方法，其特征在于，该方法基于水声OFDM通信系统信号帧结构，所述帧结构包括待传输数据、同步码，所述同步码由前同步码和CW单频信号组成，帧结构依次为前同步码、保护间隔、CW单频信号、保护间隔、待传输数据，所述前同步码包括两个完全相同的已知OFDM符号α和其对应的循环前缀CPp，它独立于传输数据部分的OFDM符号及其循环前缀；所述水声OFDM多普勒因子精确估计方法，包括以下步骤：步骤S1：接收信号进入带通滤波器，滤除带外噪声；步骤S2：带通信号经过下变频变换成其对应的基带信号r(t)；步骤S3：对基带信号r(t)进行定时同步；步骤S4：提取OFDM帧结构中的CW单频信号；步骤S5：根据步骤S4所提取的CW单频信号，估计其信号频率fs'，即进行第一次多普勒因子初步估计，得到估计结果fs为收发双方都已知的CW单频信号频率；步骤S6：用2K1+1个自相关器估计r(t)中前同步码的周期，其中K1表征了自相关器的搜索范围，得到输出结果最大的自相关器(设为第i个自相关器)的时延估计即为前同步码的周期，其中i表示所求自相关器的序数，T'i表示第i个自相关器的时延；步骤S7：由步骤S5和步骤S6的结果，计算第二次多普勒因子估计值Δ1表示第二次多普勒估计中自相关器的搜索步长；步骤S8：用2K2+1个互相关器，其中K2表征互相关器的搜索范围，通过步骤S7的估计结果来设置互相关器参数，包括如下的搜索范围设定：式中Δ2表示第三次多普勒估计中互相关器的搜索步长，还进行第j个互相关器的预置信号设定：其中aj表示第j个互相关器的预置多普勒因子，s(t)表示发射信号，*表示复数共轭，fc为载波频率；接着对r(t)和设定的预置信号进行互相关，找出输出结果最大的互相关器，设为第j个，得到第三次多普勒因子估计值综合三次多普勒估计，第三次的估计值就是最终的精确多普勒因子估计值，即：2.如权利要求1所述的水声OFDM多普勒因子精确估计方法，其特征在于，步骤S6和S7进行第二次多普勒估计所采用的自相关法以及步骤S8进行第三次多普勒估计所采用的互相关法均为线性相关方法，用数字信号处理算法中的圆周相关来代替线性相关，并用快速傅里叶变换计算。2CN103618686A说明书1/7页水声OFDM多普勒因子精确估计方法技术领域[0001]本发明涉及一种水声OFDM多普勒因子精确估计方法，属于水声通信技术领域。背景技术[0002]随着海洋开发活动的频繁，人们对高速水声通信的要求成为必然。作为多载波调制方式的一种形式，正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM)技术以其低复杂性、抗多径衰落、较高的频带利用率和传输速度，越来越受到人们的青睐。相较于陆上无线电通信，由于声波在水中的传播速率较低(约1500m/s)和水下声信道固有的复杂性，水声OFDM面临着严重的多普勒扩展，OFDM子载波间的正交性遭到破坏，引起子载波间干扰(Inter-CarrierInterference，ICI)，导致解调性能恶化，限制了OFDM在水声通信中的应用。为此，必须对水声OFDM进行多普勒因子估计和补偿，降低多普勒扩展带来的影响。[0003]目前水声通信中的多普勒估计方法多是基于模糊度函数的方法，其具体实现方法无外乎两类：