[发明专利]一种基于稀疏信道模型的OFDM水声语音通信多普勒补偿估计方法

说明书

本发明公开了一种基于稀疏信道模型的OFDM水声语音通信多普勒补偿估计方法，包括：采用随机分布的梳状导频，估计当前OFDM符号的多普勒初始值；在多普勒估计初始值附近对当前OFDM符号进行多普勒扫描补偿，获得一系列多普勒补偿后的导频；3）对导频进行空时编码、解码，获得准确的导频处信道频域响应；4）对当前信道进行估计；5）选择稀疏度最好的信道估计结果，其对应的多普勒估计结果即作为当前OFDM符号的多普勒估计结果；6）更新当前OFDM符号的多普勒初始值；7）取得时间平滑增益。本发明通过精确地重建信道结构，有效估计和补偿信号多普勒，从而实现高效、可靠的水声通信，提高了数据的准确性。

技术领域

本发明涉及OFDM水声语音通信的频域变采样多普勒估计技术及稀疏信道均衡技术，即通过精确地重建信道结构，有效估计和补偿信号多普勒，从而实现高效、可靠的水声通信。

背景技术

在水声信道环境中，可用于通信的宽带资源非常有限，严重限制了通信的速率和质量，通过增加发射功率以提高信道容量的传统方法已达到饱和，在这一情况下，不需要增加可利用带宽或不通过提高发射功率而能使信道容量得到本质提高，结合频谱利用率高、抗多径能力强及均衡实现方法简单的OFDM(正交频分复用)技术，从而实现高数据吞吐量、高可靠性通信的方案成为近年来水声通信新的研究热点。

压缩传感CS(Compressed Sensing)方法，作为一种针对线性限定系统的稀疏解的求解方法，可以用少量的信息来准确恢复稀疏信号。浅海声信道通常被看作为一个缓慢时变的相干多途信道，在观察和处理时间有限的前提条件下，信道可以用一个抽头分布稀疏的时不变的滤波器来描述，也就是说浅海信道通常是稀疏的。

因此，通过合理地采用CS技术可以较好地重建信道结构，从而实现对接收信号的信道均衡。由于水声信道的复杂性，对于通信中的相邻子载波信道响应一致的空频编码的要求通常无法满足。针对这一问题，本发明采用了频域变采样多普勒补偿技术并结合CS技术，成功地解决了稀疏时变信道条件下的多普勒估计、跟踪和补偿的问题。经过仿真及湖试，该方案可以较为精确地重建信道结构，有效估计和补偿信号多普勒，实现高效、可靠的水声通信。

发明内容

本发明主要应用在稀疏信道模型下的OFDM的水声通信系统中，它是一种水声信道估计和信号多普勒估计及补偿的结合，通过压缩传感和频域非一致变采样的方法实现高可靠通信的目的。另外，本发明还采用随机插入梳状导频序列的方法，并对该导频序列进行空时编码，而且将每个发射机的第一个符号的数据载波位设置为保护间隔或者特定数据，用作系统定时同步和信道训练符号。为了获取实时可靠的多普勒估计信息，本发明采用多普勒搜索的方式进行多普勒估计，同时采用压缩传感技术估计此时该多普勒估计条件下获得的信道冲击响应即为当前信道的估计结果。

本发明提供的基于稀疏信道模型的OFDM水声语音通信多普勒补偿估计方法的特征在于，所述方法包括下述步骤：

1)水声通信系统采用随机分布的梳状导频，用单频信号估计当前OFDM符号的多普勒初始值；

2)采用频域非一致变采样技术在上述步骤1)中所述的多普勒估计初始值附近对当前OFDM符号进行多普勒扫描补偿，进而获得扫描后的一系列多普勒补偿后的导频；

3)对上述步骤2)中的所述导频进行空时编码、解码，获得准确的导频处信道频域响应；

4)通过压缩传感技术，利用上述步骤3)中获得的一系列导频处信道频域响应分别对当前信道进行估计；

5)根据最小方差信道稀疏度估计准则由上述步骤4)的所述估计结果中选择稀疏度最好的信道估计结果，该最好的信道估计结果对应的信道估计值即作为当前OFDM符号的快速多普勒补偿结果；

6)使用上述步骤5)中获得的当前OFDM符号对应的快速多普勒补偿结果更新当前OFDM符号的多普勒初始值。