[發明專利]基于水聲OFDM信號自相關輸出峰插值的多普勒因子估計方法

有效

• 申請號: 201911419281.3
• 申請日: 2019-12-31
• 公開（公告）號: CN111131098B
• 公開（公告）日: 2022-08-19
• 發明（設計）人: 孫宗鑫
• 申請（專利權）人: 哈爾濱哈船海洋信息技術有限公司
• 主分類號: H04L25/02
• 分類號: H04L25/02;H04L27/26;H04B11/00;H04B13/02
• 代理公司: 哈爾濱市陽光惠遠知識產權代理有限公司 23211
• 代理人: 劉景祥

本發明提出了基于水聲OFDM信號自相關輸出峰插值的多普勒因子估計方法，所述估計方法包括以下步驟：接收信號自相關輸出；選取峰值附近的三個鄰點；判斷λ＝1或λ1，并分別求得不同情況下的多普勒因子估計值。本發明針對CP?OFDM系統接收信號自相關輸出表達式，通過二次函數擬合后泰勒級數展開、三角函數變換等近似方式，得到了多普勒因子估計值在不同的過采樣因子條件下適用的閉式解，利用該解可以顯著提高多普勒因子估計精度。同時，本發明得到了過采樣因子的綜合最佳取值，為通信系統接收機過采樣參數設置提供最優解。

技術領域

本發明涉及基于水聲OFDM信號自相關輸出峰插值的多普勒因子估計方法，屬于水聲通信領域技術領域。

背景技術

近年來正交頻分復用(OFDM)在水聲通信系統中得到廣泛應用，但不同于無線電通信，水聲通信過程會由于低速傳播的聲波和較小的載波頻率帶寬比而存在強烈的多普勒效應，因此為了保證OFDM系統能夠在水聲信道中實現，必須適當處理多普勒效應。一種方法采用線性調頻(LFM)信號和雙曲調頻(HFM)信號的這種多普勒不敏感信號作為前導碼和后同步碼，在接收端處理得到前導碼與后同步碼的時間間隔，與原始間隔比較即可估算多普勒因子。該方法引入多余信號，且需要線下處理。在不引入額外信號的情況下，CP-OFDM系統通過循環前綴(CP)的自相關輸出進行多普勒因子估計，但直接應用該方法的精度受接收信號采樣率的影響，通過過采樣提高估計精度的同時也會增加計算復雜度。采取插值方式可以最低限度地改善估計準確度，一種方法將頻率估計的插值技術直接應用于多普勒因子估計，但沒有給出明確的解釋。另一種方法基于一階導數的插值方法將一階導數替換為瞬時相關輸出，但導致性能下降。本發明通過基于水聲CP-OFDM系統的接收信號自相關輸出經過一系列數學近似得到的閉式表達式的輸出峰附近三點的插值進行高精度多普勒因子估計。

發明內容

本發明的目的是提出基于水聲OFDM信號自相關輸出峰插值的多普勒因子估計方法，要解決的技術問題是是對基于CP-OFDM系統自相關輸出的多普勒因子估計方法所采用的插值技術給出合理的解釋，并且使估計性能得到提升。

基于水聲OFDM信號自相關輸出峰插值的多普勒因子估計方法，所述估計方法包括以下步驟：

S100：得到一系列假設近似之后的自相關輸出表達式取絕對值，在自相關輸出峰附近取三個樣本點和

S200：判斷λ＝1或λ1，當λ＝1時，執行步驟S310；當λ1時，執行步驟S410，其中，λ為過采樣因子；

當λ＝1時，多普勒因子估計方法包括以下步驟：

S310：對選取的三個樣本點處的自相關輸出的分母進行泰勒級數展開，忽略高階項，得到近似表達式；

S320：根據期望自相關輸出表達式得到三點的輸出函數關系；

S330：將上式中的分子中的三角函數部分轉化為其他形式；

S340；λ＝1，且α很小的情況下，上式中轉化得到的項近似等于1，將步驟320中的輸出表達式分子近似為一致可約去；

S350：定義關于三個樣本點的新變量Re(θ)；

S360：計算二次函數的兩個根和

S370：根據和的正負來選擇其中一個根作為真正的多普勒因子估計值，

當λ1時，多普勒因子估計方法包括以下步驟：

S410：定義和將三個樣本點的|Ψ_α[·]|輸出化簡為關于η和γ的自相關輸出表達式；

S420：根據自相關輸出表達式確定新變量的函數表達式；

S430：根據函數表達式計算多普勒因子估計值。

進一步的，S420中，包括以下步驟：