[發明專利]一種基于稀疏信道模型的OFDM水聲語音通信多普勒補償估計方法

有效

• 申請號: 201710215007.9
• 申請日: 2017-04-02
• 公開（公告）號: CN106961403B
• 公開（公告）日: 2020-07-28
• 發明（設計）人: 王巍;陳飛虎;劉學瑞;肖蟄水;錢斌;曾榮
• 申請（專利權）人: 蘇州桑泰海洋儀器研發有限責任公司
• 主分類號: H04L27/00
• 分類號: H04L27/00;H04L27/26;H04L25/02;H04B13/02
• 代理公司: 蘇州簡理知識產權代理有限公司 32371
• 代理人: 楊曉東

本發明公開了一種基于稀疏信道模型的OFDM水聲語音通信多普勒補償估計方法，包括：采用隨機分布的梳狀導頻，估計當前OFDM符號的多普勒初始值；在多普勒估計初始值附近對當前OFDM符號進行多普勒掃描補償，獲得一系列多普勒補償后的導頻；3）對導頻進行空時編碼、解碼，獲得準確的導頻處信道頻域響應；4）對當前信道進行估計；5）選擇稀疏度最好的信道估計結果，其對應的多普勒估計結果即作為當前OFDM符號的多普勒估計結果；6）更新當前OFDM符號的多普勒初始值；7）取得時間平滑增益。本發明通過精確地重建信道結構，有效估計和補償信號多普勒，從而實現高效、可靠的水聲通信，提高了數據的準確性。

技術領域

本發明涉及OFDM水聲語音通信的頻域變采樣多普勒估計技術及稀疏信道均衡技術，即通過精確地重建信道結構，有效估計和補償信號多普勒，從而實現高效、可靠的水聲通信。

背景技術

在水聲信道環境中，可用于通信的寬帶資源非常有限，嚴重限制了通信的速率和質量，通過增加發射功率以提高信道容量的傳統方法已達到飽和，在這一情況下，不需要增加可利用帶寬或不通過提高發射功率而能使信道容量得到本質提高，結合頻譜利用率高、抗多徑能力強及均衡實現方法簡單的OFDM(正交頻分復用)技術，從而實現高數據吞吐量、高可靠性通信的方案成為近年來水聲通信新的研究熱點。

壓縮傳感CS(Compressed Sensing)方法，作為一種針對線性限定系統的稀疏解的求解方法，可以用少量的信息來準確恢復稀疏信號。淺海聲信道通常被看作為一個緩慢時變的相干多途信道，在觀察和處理時間有限的前提條件下，信道可以用一個抽頭分布稀疏的時不變的濾波器來描述，也就是說淺海信道通常是稀疏的。

因此，通過合理地采用CS技術可以較好地重建信道結構，從而實現對接收信號的信道均衡。由于水聲信道的復雜性，對于通信中的相鄰子載波信道響應一致的空頻編碼的要求通常無法滿足。針對這一問題，本發明采用了頻域變采樣多普勒補償技術并結合CS技術，成功地解決了稀疏時變信道條件下的多普勒估計、跟蹤和補償的問題。經過仿真及湖試，該方案可以較為精確地重建信道結構，有效估計和補償信號多普勒，實現高效、可靠的水聲通信。

發明內容

本發明主要應用在稀疏信道模型下的OFDM的水聲通信系統中，它是一種水聲信道估計和信號多普勒估計及補償的結合，通過壓縮傳感和頻域非一致變采樣的方法實現高可靠通信的目的。另外，本發明還采用隨機插入梳狀導頻序列的方法，并對該導頻序列進行空時編碼，而且將每個發射機的第一個符號的數據載波位設置為保護間隔或者特定數據，用作系統定時同步和信道訓練符號。為了獲取實時可靠的多普勒估計信息，本發明采用多普勒搜索的方式進行多普勒估計，同時采用壓縮傳感技術估計此時該多普勒估計條件下獲得的信道沖擊響應即為當前信道的估計結果。

本發明提供的基于稀疏信道模型的OFDM水聲語音通信多普勒補償估計方法的特征在于，所述方法包括下述步驟：

1)水聲通信系統采用隨機分布的梳狀導頻，用單頻信號估計當前OFDM符號的多普勒初始值；

2)采用頻域非一致變采樣技術在上述步驟1)中所述的多普勒估計初始值附近對當前OFDM符號進行多普勒掃描補償，進而獲得掃描后的一系列多普勒補償后的導頻；

3)對上述步驟2)中的所述導頻進行空時編碼、解碼，獲得準確的導頻處信道頻域響應；

4)通過壓縮傳感技術，利用上述步驟3)中獲得的一系列導頻處信道頻域響應分別對當前信道進行估計；

5)根據最小方差信道稀疏度估計準則由上述步驟4)的所述估計結果中選擇稀疏度最好的信道估計結果，該最好的信道估計結果對應的信道估計值即作為當前OFDM符號的快速多普勒補償結果；

6)使用上述步驟5)中獲得的當前OFDM符號對應的快速多普勒補償結果更新當前OFDM符號的多普勒初始值。