一種MIMO-OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法技術方案

本發明專利技術公開了一種MIMO-OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法，包括如下步驟：對接收端接收到的稀疏信號以抽樣間隔進行采樣，得到稀疏向量y；由接收雙方都已知的同步導頻信號s(t)結合信道特點，選取合適精度，構造超完備字典；在一個周期內對所有抽樣值累積得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元素為系數的C各列的線性組合；由超完備字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重構信號x；找到x中非零元素所對應超完備字典C中的相應列，繼而找到各徑所對應的等價多普勒因子。本發明專利技術不僅大大提高了MIMO-OFDM水聲多普勒因子的估計精度，而且針對常規多普勒擴展也提出了新的解決方法。

【技術實現步驟摘要】

本專利技術屬于水聲通信
，尤其是一種MIMO-OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法。
技術介紹
水聲通信網絡在海洋石油工業的遠程控制、海洋環境監測、海洋科學數據收集、水下通話、海洋資源勘探等方面具有重要的應用價值。它通常由海底傳感器、自主水下航行器和水面站組成。海洋傳輸信道的特性如可用頻帶有限、傳輸時延長以及環境噪聲級高等種種困難嚴重限制了水聲通信網絡的服務質量。因此，高性能、高可靠性水聲通信網絡的實現具有極大的技術挑戰性，其關鍵是研究基于海洋信道條件和水聲通信網絡特點的通信網絡技術。基于多輸入多輸出的正交頻分復用(MIMO-OFDM)技術的水聲通信系統以其高數據傳輸速率和高可靠性成為水下通信領域的一個研究熱點。而水聲信道中多徑傳輸造成的頻率選擇性衰落和碼間干擾以及多普勒效應引起的頻移是影響水聲通信系統速率和數據傳輸可靠性的主要因素。在MIMO-OFDM系統中的多普勒估計方法要比單輸入輸出的水聲通信系統多普勒估計方法復雜得多。目前水聲通信中的多普勒估計方法多是基于模糊度函數的方法，其具體實現方法大致分為兩類：第一類方法大都依賴于一個或多個對多普勒擴展不敏感的同步信號(如線性調頻信號LFM、偽隨機序列PN等)，設置一組相關器(互相關或自相關)，采用信號處理中的相關、模糊度函數等有關理論對多普勒擴展進行估計。第二類方法是根據水聲信道的特點，采用最新的信號處理理論，把多普勒估計與補償問題轉化為其他問題進行研究。主要有：(1)將多普勒估計問題視為水聲信號參數估計問題的一部分；(2)將多普勒估計與補償視為一個整體，建模為稀疏信號表示或其他信號處理問題，尋找合適的信號處理算法來進行研究。這些多普勒因子估計算法均可以擴展到MIMO系統中，但此時需要考慮多發收信道變化的差異性對多普勒因子估計的影響，同時注意到水聲信道的稀疏結構，即水聲MIMO信道中只有少部分能量較強的子信道能夠將信號傳輸到達接收端被水聽器接收處理。針對MIMO-OFDM系統，本專利技術通過設計出聯合導頻的同步碼并且充分利用同步碼信號的特點，對MIMO-OFDM水聲通信系統中多普勒因子進行精確估計，改進了傳統單輸入單輸出多普勒因子估計方法在多輸入多輸出系統應用中的不足，大大提高了估計精度。
技術實現思路
專利技術目的：本專利技術的目的在于提供一種水聲MIMO-OFDM多普勒因子精確估計方法，針對所設計的同步導頻的特點，將一種新的信號處理技術引入水聲通信來進行多普勒估計，提出一種能精確估計多普勒因子的方法，解決了傳統相關方法估計結果不準，未考慮MIMO-OFDM通信系統信道傳輸的稀疏特性的缺點。技術方案：一種MIMO-OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法，包括如下步驟：S1：對接收端接收到的稀疏信號以抽樣間隔進行采樣，得到稀疏向量y；S2：由接收雙方都已知的同步導頻信號s(t)結合信道特點，選取合適精度，構造超完備字典；S3：在一個周期內對所有抽樣值累積得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元素為系數的C各列的線性組合；S4：由超完備字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重構信號x；S5：找到x中非零元素所對應超完備字典C中的相應列，繼而找到各徑所對應的等價多普勒因子。所述步驟S1具體為：考慮一個有Nt個換能器，Nr個水聽器的水聲MIMO-OFDM通信系統，假設在第i個換能器和第j個水聽器間的MIMO多徑信道中，在一個符號周期內多徑衰減是近似保持不變的，并且每一個換能器至水聽器的等效多普勒因子都不同；定義多普勒因子νp、時延因子τp參數集合：νp∈{ν1,ν2,...,νl,...,νL本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種MIMO?OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法，其特征在于，包括如下步驟：S1：對接收端接收到的稀疏信號以抽樣間隔進行采樣，得到稀疏向量y；S2：由接收雙方都已知的同步導頻信號s(t)結合信道特點，選取合適精度，構造超完備字典；S3：在一個周期內對所有抽樣值累積得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元素為系數的C各列的線性組合；S4：由超完備字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重構信號x；S5：找到x中非零元素所對應超完備字典C中的相應列，繼而找到各徑所對應的等價多普勒因子。

【技術特征摘要】
1.一種MIMO-OFDM水聲通信系統的多普勒估計方法，其特征在于，包括
如下步驟：
S1：對接收端接收到的稀疏信號以抽樣間隔進行采樣，得到稀疏向量y；
S2：由接收雙方都已知的同步導頻信號s(t)結合信道特點，選取合適精度，
構造超完備字典；
S3：在一個周期內對所有抽樣值累積得：y＝Cx+n，接收向量看作以x元
素為系數的C各列的線性組合；
S4：由超完備字典C、接收稀疏向量y，利用SBL算法，重構信號x；
S5：找到x中非零元素所對應超完備字典C中的相應列...

【專利技術屬性】
技術研發人員：王彪，丁鷺飛，楊奕飛，戴躍偉，
申請(專利權)人：江蘇科技大學，
類型：發明
國別省市：江蘇;32