一种基于子载波能量的OFDM‑MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法
专利汇可以提供一种基于子载波能量的OFDM‑MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本 发明 公开了一种基于 子载波 能量 的OFDM‑MFSK 水 声通信宽带多普勒估计与补偿方法，属于水下通信领域。具体内容如下：发射端在同步 信号 与数据之间插入脉冲对信号；接收端首先对 同步信号 进行检测，完成多普勒初步补偿；按照逐数据 块 的方式，对数据中每个OFDM‑MFSK数据块进行解调估计出有效子载波 位置 ，并将全部有效子载波处的能量和作为代价函数，按照假设的不同多普勒因子进行搜索，以此获得当前数据块的精细多普勒因子，完成多普勒的细补偿；最后进行接收数据的解调。本方法有效实现了水下OFDM‑MFSK通信系统中宽带多普勒的精确估计与补偿，解决了传统多普勒估计方法 稳定性 差估计 精度 低的问题。，下面是一种基于子载波能量的OFDM‑MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法专利的具体信息内容。
1.一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：(1)发射端在同步信号与数据之间插入脉冲对信号，脉冲对信号最后是多个OFDM-MFSK数据块组成的数据；(2)接收端首先对同步信号进行检测，截取脉冲对信号和数据，利用脉冲对信号对多普勒进行粗估计，并完成多普勒初步补偿；(3)按照逐数据块的方式，对数据中每个OFDM-MFSK数据块进行解调估计出有效子载波位置，并将全部有效子载波处的能量和作为代价函数，按照假设的不同多普勒因子进行搜索，以此获得当前数据块的精细多普勒因子，并完成多普勒的细补偿；(4)最后进行接收数据的解调。
2.根据权利要求1所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的脉冲对信号为带宽脉冲对信号，使用的发射帧结构如附图
1所示，采用的宽带脉冲对由线性调频信号(LFM)组成，最后是多个OFDM-MFSK数据块组成的数据。
3.根据权利要求1所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：插入的脉冲对信号与同步信号和数据之间要加入保护间隔，保护间隔长度大于信道多途扩展长度，所述的OFDM-MFSK数据块每个为单个时域OFDM-MFSK符号加入循环前缀或者置零数据后的信号，单个OFDM-MFSK数据块的两种实现方式如附图2所示。
4.根据权利要求1所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的利用脉冲对信号对多普勒进行粗估计过程如下，假设发送单个脉冲序列的时域信号xn的复通带等效信号为
sn＝xn exp(j2πftnTs) (1)
其中，ft为发送载波频率，Ts为采样间隔；
在接收端，若不考虑噪声的影响，则复基带等效信号为
rn＝xn exp(j2πfrnTs)exp(-j2πftnTs)＝xn exp(j2πΔfnTs) (2)
式中，fr为接收载波频率，Δf＝fr-ft为载波频率偏移；则两个重复序列的复相关为其中，D为这两个重复序列这间的延时对应的采样点数，即为单个脉冲序列的采样点数；
因此，得到载波频率偏移量
式中，∠Rr为复相关函数计算出的相位，fs＝1/Ts为采样频率，τ单个脉冲的持续时间；
两个重复序列自相关函数的相位取值范围∠Rr∈(-π,+π)，因此测量频偏频率超过这个范围将产生多普勒频偏估计模糊的现象，故实际中需要根据载体的最大运动速度，确定系统最大载波频率偏移，进而确定使用的单个脉冲的持续时间，由此，粗估计得到的多普勒因子ε1为
ε1＝Δf/ft (5)
根据估计出的多普勒因子ε1，对接收的数据进行重采样，完成数据多普勒初步补偿，新的采样率fs′＝fs(1+ε1)。
5.根据权利要求1所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：经过多普勒初步补偿后，可以将系统宽带多普勒问题转化为窄带多普勒问题，按照逐数据块的方式，对数据中每个OFDM-MFSK数据块进行解调，估计出有效子载波位置，并将全部有效子载波处的能量和作为代价函数，按照假设的不同多普勒因子进行搜索，以此获得当前数据块的精细多普勒因子，并完成多普勒的细补偿。
6.根据权利要求5所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：所述的单个OFDM-MFSK数据块的多普勒因子精细估计过程如下，假定经过多普勒初步补偿以后每个OFDM-MFSK符号的离散信号表达式为R＝[r1,r2,...,rN]，若对该符号进行G次速度搜索，则第i(1≤i≤G)次搜索时得到的每个子载波的幅度为式中，W为傅立叶变换矩阵， 为含有多普勒因子的对角矩阵，N为DFT点数，K为全部载波个数，()T代表矩阵转置,()*代表矩阵共轭；
其中，T为一个OFDM-MFSK符号长度，为搜索时假定的多普勒因子，vi搜索时假定的相对运动速度，c水下声速；
将解调后的数据 以M为一组进行划分，按照最大似然判决得到全部P＝K/M个有效子载波，并将全部有效子载波的能量求和，得到第i次多普勒因子搜索的能量和其中，pm为第P组MFSK数据中的第m个元素；
利用傅立叶变换求解子载波能量和的示意图如附图4所示，由图可知当设定的多普勒因子为真值时，可以获得每个有效子载波能量的最大值，即子载波能量和的代价函数是关于假设多普勒因子的凸函数，搜索函数中最大值所对应的多普勒因子即为估计值表达式如下：
其中，ε2为多普勒因子。
7.根据权利要求1所述的一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计与补偿方法，其特征在于：由估计出的残余窄带多普勒因子ε2，再对数据进行一次重采样，完成残余多普勒的精细补偿，最后完成数据的解调。
一种基于子载波能量的OFDM-MFSK水声通信宽带多普勒估计
与补偿方法
技术领域
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发明内容
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