專利名稱：基于循環(huán)前綴的水聲正交頻分復(fù)用多普勒估計(jì)方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及的是一種水聲移動(dòng)通信方法。具體涉及一種寬帶信號(hào)多普勒頻偏因子估計(jì)方法。
背景技術(shù)：
由于水中聲速較低，導(dǎo)致寬帶水聲信號(hào)不同頻率的多普勒頻偏相差較大，因此不能簡(jiǎn)單的對(duì)接收信號(hào)進(jìn)行一致多普勒頻偏補(bǔ)償。此外，水聲信道多徑時(shí)延大、背景噪聲級(jí)高，也會(huì)對(duì)多普勒估計(jì)造成影響。因此，研究一種適合于水聲信道的多普勒估計(jì)算法是十分必要的。公開(kāi)文獻(xiàn)Byung-Chul Kim and I-Tai Lu. Parameter Study of OFDM UnderwaterCommunications System[C]//in Proc. OCEANS 2000MTS. Providence, USA,2000 1251-1255中，利用OFDM符號(hào)中的循環(huán)前綴與其拷貝部分的互相關(guān)特性估計(jì)多普勒因子，然而在實(shí)際應(yīng)用時(shí)存在以下兩個(gè)問(wèn)題一是該算法是在假設(shè)符號(hào)同步準(zhǔn)確的前提下，截取循環(huán)前綴與其后信號(hào)進(jìn)行滑動(dòng)相關(guān)，但是由于受到多普勒影響，符號(hào)同步常常不準(zhǔn)，因此不能準(zhǔn)確的截取循環(huán)前綴信號(hào)；二是該算法僅考慮循環(huán)前綴與其拷貝部分的間隔(即OFDM符號(hào)采樣點(diǎn)數(shù))受多普勒影響的變化，未考慮循環(huán)前綴本身長(zhǎng)度的變化，致使相關(guān)性能下降。與本發(fā)明相關(guān)的公開(kāi)文獻(xiàn)包括[I]Byung-Chul Kim and I-Tai Lu. Parameter Study of OFDM UnderwaterCommunications System[C]//in Proc.OCEANS 2000MTS.Providence, USA,2000 1251-1255 ；[2]Sean F. Mason, Christian R. Berger, Shengli Zhou and Peter Willett.Detection, Synchronization, and Doppler Scale Estimation with MulticarrierWaveforms in Underwater Acoustic Communication[J]. Journal on selected areas incommunications,2008,26 (9) 1638-1649。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種能夠?qū)崿F(xiàn)正交頻分復(fù)用(OFDM)符號(hào)的細(xì)同步與多普勒因子估計(jì)的基于循環(huán)前綴的水聲正交頻分復(fù)用多普勒估計(jì)方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的(I)正交頻分復(fù)用水聲通信系統(tǒng)的幀頭部分包含線性調(diào)頻信號(hào)和單頻信號(hào)，數(shù)據(jù)符號(hào)部分均添加循環(huán)前綴；(2)對(duì)接收的單頻信號(hào)進(jìn)行FFT測(cè)頻估計(jì)，與發(fā)送頻率比較，得到多普勒頻偏因子的初步估計(jì)，作為下一步基于循環(huán)前綴的多普勒估計(jì)的初值；(3)利用每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)固有的循環(huán)前綴，與其拷貝部分在不同的窗長(zhǎng)度和窗起始位置下進(jìn)行相關(guān)二維搜索，估計(jì)出每個(gè)符號(hào)的多普勒頻偏因子。在循環(huán)前綴長(zhǎng)度一定的情況下，通過(guò)對(duì)包括循環(huán)前綴部分的正交頻分復(fù)用符號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣處理。當(dāng)系統(tǒng)循環(huán)前綴長(zhǎng)度一定的情況下，可以通過(guò)對(duì)接收的OFDM符號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣處理來(lái)提高算法估計(jì)精度?；谘h(huán)前綴的多普勒頻偏因子估計(jì)算法的估計(jì)精度與相關(guān)運(yùn)算的窗長(zhǎng)度有關(guān)，即與OFDM符號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)有關(guān)。若對(duì)接收的OFDM信號(hào)進(jìn)行N倍的過(guò)采樣，則多普勒因子估計(jì)精度能相應(yīng)的提高N倍。本發(fā)明提出了利用每個(gè)OFDM符號(hào)固有的循環(huán)前綴，與其拷貝部分在不同的窗長(zhǎng)度和窗起始位置下進(jìn)行相關(guān)二維搜索的算法，克服了多普勒引起的同步不準(zhǔn)及循環(huán)前綴相關(guān)性減弱的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 OFDM符號(hào)的細(xì)同步與多普勒因子估計(jì)。本發(fā)明的要點(diǎn)主要包括(I)設(shè)計(jì)幀頭包含線性調(diào)頻(LFM)信號(hào)、單頻(CW)信號(hào)，OFDM數(shù)據(jù)符號(hào)添加循環(huán)前綴的幀結(jié)構(gòu)。(2)利用幀頭發(fā)送的單頻信號(hào)對(duì)多普勒頻偏因子進(jìn)行初步估計(jì)。(3)利用循環(huán)前綴對(duì)每個(gè)OFDM符號(hào)進(jìn)行多普勒頻偏因子估計(jì)。本發(fā)明的主要優(yōu)點(diǎn)是首先利用幀頭接收的單頻信號(hào)得到多普勒頻偏因子的初步估計(jì)，作為下一步估計(jì)的初值；然后利用每個(gè)OFDM符號(hào)固有的循環(huán)前綴，與其拷貝部分在不同的窗長(zhǎng)度和窗起始位置下進(jìn)行相關(guān)二維搜索的算法，克服了多普勒引起的同步不準(zhǔn)及循環(huán)前綴相關(guān)性減弱的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了 OFDM符號(hào)的細(xì)同步與多普勒因子估計(jì)。并且在循環(huán)前綴長(zhǎng)度一定的情況下，通過(guò)對(duì)OFDM符號(hào)(包括循環(huán)前綴部分)進(jìn)行過(guò)采樣處理，提高多普勒頻偏因子估計(jì)精度。



圖10FDM水聲通信系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)。圖2基于循環(huán)前綴的水聲OFDM多普勒估計(jì)實(shí)現(xiàn)流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明。I、幀頭單頻信號(hào)多普勒頻偏因子初步估計(jì)設(shè)兩個(gè)移動(dòng)通信平臺(tái)相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度為V,水中聲速為C，則多普勒頻偏因子a = v/C。接收的單頻信號(hào)受到多普勒影響會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，對(duì)接收的單頻信號(hào)進(jìn)行FFT變換后，可以估計(jì)出頻率f；。再與發(fā)送的單頻信號(hào)頻率ft進(jìn)行比較，得到多普勒頻偏因子的初始估計(jì)值么，a0 = fr!ft-\(I)為了防止因信道頻率選擇性衰落引起的接收單頻信號(hào)功率損失問(wèn)題，可以在時(shí)域疊加兩個(gè)單頻信號(hào)測(cè)頻，降低估計(jì)誤差。2、基于循環(huán)前綴的多普勒頻偏因子估計(jì)方法設(shè)系統(tǒng)采樣率為fs，OFDM符號(hào)采樣點(diǎn)數(shù)為N，信道最大多徑時(shí)延為τ _，OFDM符號(hào)的循環(huán)前綴采樣點(diǎn)數(shù)為Ι^ρ( τ maxfs < Lcp < N)，則添加循環(huán)前綴后的OFDM符號(hào)可表示為，
「I、\^Ν~ Lcp+nlQ^ 1CP ~1s(η) =\(2)
\s(n-LcplLcp<n<N+ Lcp-I且滿足，
權(quán)利要求
1.一種基于循環(huán)前綴的水聲正交頻分復(fù)用多普勒估計(jì)方法，其特征是 (1)正交頻分復(fù)用水聲通信系統(tǒng)的幀頭部分包含線性調(diào)頻信號(hào)和單頻信號(hào)，數(shù)據(jù)符號(hào)部分均添加循環(huán)前綴； (2)對(duì)接收的單頻信號(hào)進(jìn)行FFT測(cè)頻估計(jì)，與發(fā)送頻率比較，得到多普勒頻偏因子的初步估計(jì)，作為下一步基于循環(huán)前綴的多普勒估計(jì)的初值； (3)利用每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)固有的循環(huán)前綴，與其拷貝部分在不同的窗長(zhǎng)度和窗起始位置下進(jìn)行相關(guān)二維搜索，估計(jì)出每個(gè)符號(hào)的多普勒頻偏因子。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的基于循環(huán)前綴的水聲正交頻分復(fù)用多普勒估計(jì)方法，其特征是在循環(huán)前綴長(zhǎng)度一定的情況下，通過(guò)對(duì)包括循環(huán)前綴部分的正交頻分復(fù)用符號(hào)進(jìn)行過(guò)采樣處理。
全文摘要
本發(fā)明提供的是一種基于循環(huán)前綴的水聲正交頻分復(fù)用多普勒估計(jì)方法。(1)正交頻分復(fù)用水聲通信系統(tǒng)的幀頭部分包含線性調(diào)頻信號(hào)和單頻信號(hào)，數(shù)據(jù)符號(hào)部分均添加循環(huán)前綴；(2)對(duì)接收的單頻信號(hào)進(jìn)行FFT測(cè)頻估計(jì)，與發(fā)送頻率比較，得到多普勒頻偏因子的初步估計(jì)，作為下一步基于循環(huán)前綴的多普勒估計(jì)的初值；(3)利用每個(gè)正交頻分復(fù)用符號(hào)固有的循環(huán)前綴，與其拷貝部分在不同的窗長(zhǎng)度和窗起始位置下進(jìn)行相關(guān)二維搜索，估計(jì)出每個(gè)符號(hào)的多普勒頻偏因子。本發(fā)明克服了多普勒引起的同步不準(zhǔn)及循環(huán)前綴相關(guān)性減弱的問(wèn)題，實(shí)現(xiàn)了OFDM符號(hào)的細(xì)同步與多普勒因子估計(jì)。并且在循環(huán)前綴長(zhǎng)度一定的情況下，通過(guò)對(duì)OFDM符號(hào)(包括循環(huán)前綴部分)進(jìn)行過(guò)采樣處理，提高多普勒頻偏因子估計(jì)精度。
文檔編號(hào)H04L27/26GK102664840SQ20121012630
公開(kāi)日2012年9月12日 申請(qǐng)日期2012年4月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年4月26日
發(fā)明者喬鋼, 劉淞佐, 周鋒, 孫宗鑫, 王晶, 馬璐, 馬雪飛 申請(qǐng)人:哈爾濱工程大學(xué)