[發(fā)明專利]一種水聲OFDM載波間干擾的頻域抑制方法與系統(tǒng)

有效

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• 申請日: 2021-03-05
• 公開（公告）號: CN113098815B
• 公開（公告）日: 2022-04-01
• 發(fā)明（設計）人: 李渝舟;邱吉慧;王志戰(zhàn)
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/03;H04B13/02;H04B11/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 祝丹晴

本發(fā)明公開了一種水聲OFDM載波間干擾的頻域抑制方法與系統(tǒng)，包括：S1、基于最小均方誤差原則構建ICI頻域抑制目標優(yōu)化模型，根據(jù)前導碼中的導頻信號，通過最小化ICI頻域抑制目標優(yōu)化模型的目標函數(shù)，估計當前數(shù)據(jù)幀的最佳基準頻偏；S2、將接收信號以當前數(shù)據(jù)幀的最佳基準頻偏的分數(shù)倍的頻率間隔進行若干次頻譜搬移后，對頻譜搬移后的信號分別進行相同點數(shù)的FFT運算，得到各子載波處的多路FFT信號；S3、將產(chǎn)生的多路FFT信號逐子載波地進行加權組合，得到載波間干擾頻域抑制后的信號；本發(fā)明將最佳基準頻偏的選取轉(zhuǎn)化為多變量聯(lián)合優(yōu)化問題，實現(xiàn)了多變量聯(lián)合優(yōu)化，從而最大程度地提升ICI頻域抑制精度，在中高多普勒因子的情況下，系統(tǒng)檢測性能有顯著的提升。

技術領域

本發(fā)明屬于水聲無線通信技術領域，更具體地，涉及一種水聲OFDM載波間干擾的頻域抑制方法與系統(tǒng)。

背景技術

海洋占據(jù)了地球表面積的三分之二以上，蘊藏著極為豐富的生物、油氣、礦產(chǎn)等資源，具有重要的戰(zhàn)略價值。隨著海洋探索的持續(xù)深入與信息技術的快速發(fā)展，海洋數(shù)據(jù)的快速積累使得高可靠水聲無線通信理論與技術亟待發(fā)展。然而，標準化信道模型的缺失、水聲環(huán)境中嚴重的時-頻雙色散效應以及極其有限的通信帶寬均使得要在復雜多變的海洋環(huán)境中實現(xiàn)高速可靠水聲通信仍面臨諸多嚴峻的挑戰(zhàn)。

因在有效對抗多徑干擾、降低高色散信道下接收機設計復雜度等方面展示出的巨大優(yōu)勢，正交頻分復用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技術已成為實現(xiàn)水下中遠距離傳輸?shù)囊环N標準性技術。它將一個頻率選擇性信道分割成若干個互不重疊的平坦衰落的子信道，使得在接收端可進行低復雜度的單抽頭均衡與逐符號檢測，從而有效減少由于無線信道的時間彌散性所帶來的符號間干擾，降低接收機內(nèi)均衡的復雜度。然而，對于高多普勒失真的海洋環(huán)境中，嚴重的多普勒頻偏致使OFDM各子載波間正交性遭到破壞，干擾抑制與信號恢復的挑戰(zhàn)性驟增，而傳統(tǒng)的基于最小均方誤差的塊均衡器等處理方法由于復雜度高(約為塊長度的三次方)而難以被實際應用；另一方面，現(xiàn)有傳統(tǒng)的相干檢測算法均嚴重依賴于信道狀態(tài)信息，但準確水聲信道模型的缺失使得該類算法通常難以展現(xiàn)出較好的性能，導致數(shù)據(jù)檢測的精確度受限而產(chǎn)生性能瓶頸；此外，基于導頻輔助等傳統(tǒng)信道估計方法產(chǎn)生的同步開銷會進一步加劇本就極為有限的頻譜資源的損耗。

由此可見，為保證水聲OFDM系統(tǒng)的檢測性能，載波間干擾(Inter-CarrierInterference,ICI)的精準抑制是必不可少的信號處理流程之一?，F(xiàn)有的ICI抑制方法主要集中于時域與頻域兩種處理角度，分別以部分傅里葉變換(Partial Fast FourierTransform，P-FFT)與分數(shù)傅里葉變換(Fractional Fast Fourier Transform，F(xiàn)-FFT)為代表，而實踐表明，頻域ICI抑制方法的性能明顯優(yōu)于時域抑制方法。然而，經(jīng)典F-FFT處理方法以子載波間隔為基準頻偏使得系統(tǒng)未能最大程度地抑制ICI，進而導致在中高多普勒因子下系統(tǒng)檢測性能受限。為此，一種高精準的水聲OFDM系統(tǒng)ICI抑制方法亟待研究。

發(fā)明內(nèi)容

針對現(xiàn)有技術的以上缺陷或改進需求，本發(fā)明提供了一種水聲OFDM載波間干擾的頻域抑制方法與系統(tǒng)，用于解決現(xiàn)有技術由于以子載波間隔為基準頻偏，未能最大程度地抑制ICI而導致的中高多普勒因子下水聲OFDM系統(tǒng)的數(shù)據(jù)檢測性能受限的技術問題。

為實現(xiàn)上述目的，第一方面，本發(fā)明提供了一種水聲OFDM系統(tǒng)中載波間干擾的頻域抑制方法，包括以下步驟：

S1、基于最小均方誤差原則構建ICI頻域抑制目標優(yōu)化模型，根據(jù)前導碼中的導頻信號，通過最小化ICI頻域抑制目標優(yōu)化模型的目標函數(shù)，估計當前數(shù)據(jù)幀的最佳基準頻偏；

S2、將接收信號以預設頻率間隔進行若干次頻譜搬移后，對頻譜搬移后的信號分別進行相同點數(shù)的FFT運算，得到各子載波處的多路FFT信號；其中，預設頻率間隔為當前數(shù)據(jù)幀的最佳基準頻偏的分數(shù)倍；