[发明专利]一种水声OFDM载波间干扰的频域抑制方法与系统

说明书

本发明公开了一种水声OFDM载波间干扰的频域抑制方法与系统，包括：S1、基于最小均方误差原则构建ICI频域抑制目标优化模型，根据前导码中的导频信号，通过最小化ICI频域抑制目标优化模型的目标函数，估计当前数据帧的最佳基准频偏；S2、将接收信号以当前数据帧的最佳基准频偏的分数倍的频率间隔进行若干次频谱搬移后，对频谱搬移后的信号分别进行相同点数的FFT运算，得到各子载波处的多路FFT信号；S3、将产生的多路FFT信号逐子载波地进行加权组合，得到载波间干扰频域抑制后的信号；本发明将最佳基准频偏的选取转化为多变量联合优化问题，实现了多变量联合优化，从而最大程度地提升ICI频域抑制精度，在中高多普勒因子的情况下，系统检测性能有显著的提升。

技术领域

本发明属于水声无线通信技术领域，更具体地，涉及一种水声OFDM载波间干扰的频域抑制方法与系统。

背景技术

海洋占据了地球表面积的三分之二以上，蕴藏着极为丰富的生物、油气、矿产等资源，具有重要的战略价值。随着海洋探索的持续深入与信息技术的快速发展，海洋数据的快速积累使得高可靠水声无线通信理论与技术亟待发展。然而，标准化信道模型的缺失、水声环境中严重的时-频双色散效应以及极其有限的通信带宽均使得要在复杂多变的海洋环境中实现高速可靠水声通信仍面临诸多严峻的挑战。

因在有效对抗多径干扰、降低高色散信道下接收机设计复杂度等方面展示出的巨大优势，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)技术已成为实现水下中远距离传输的一种标准性技术。它将一个频率选择性信道分割成若干个互不重叠的平坦衰落的子信道，使得在接收端可进行低复杂度的单抽头均衡与逐符号检测，从而有效减少由于无线信道的时间弥散性所带来的符号间干扰，降低接收机内均衡的复杂度。然而，对于高多普勒失真的海洋环境中，严重的多普勒频偏致使OFDM各子载波间正交性遭到破坏，干扰抑制与信号恢复的挑战性骤增，而传统的基于最小均方误差的块均衡器等处理方法由于复杂度高(约为块长度的三次方)而难以被实际应用；另一方面，现有传统的相干检测算法均严重依赖于信道状态信息，但准确水声信道模型的缺失使得该类算法通常难以展现出较好的性能，导致数据检测的精确度受限而产生性能瓶颈；此外，基于导频辅助等传统信道估计方法产生的同步开销会进一步加剧本就极为有限的频谱资源的损耗。

由此可见，为保证水声OFDM系统的检测性能，载波间干扰(Inter-CarrierInterference,ICI)的精准抑制是必不可少的信号处理流程之一。现有的ICI抑制方法主要集中于时域与频域两种处理角度，分别以部分傅里叶变换(Partial Fast FourierTransform，P-FFT)与分数傅里叶变换(Fractional Fast Fourier Transform，F-FFT)为代表，而实践表明，频域ICI抑制方法的性能明显优于时域抑制方法。然而，经典F-FFT处理方法以子载波间隔为基准频偏使得系统未能最大程度地抑制ICI，进而导致在中高多普勒因子下系统检测性能受限。为此，一种高精准的水声OFDM系统ICI抑制方法亟待研究。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种水声OFDM载波间干扰的频域抑制方法与系统，用于解决现有技术由于以子载波间隔为基准频偏，未能最大程度地抑制ICI而导致的中高多普勒因子下水声OFDM系统的数据检测性能受限的技术问题。

为实现上述目的，第一方面，本发明提供了一种水声OFDM系统中载波间干扰的频域抑制方法，包括以下步骤：

S1、基于最小均方误差原则构建ICI频域抑制目标优化模型，根据前导码中的导频信号，通过最小化ICI频域抑制目标优化模型的目标函数，估计当前数据帧的最佳基准频偏；

S2、将接收信号以预设频率间隔进行若干次频谱搬移后，对频谱搬移后的信号分别进行相同点数的FFT运算，得到各子载波处的多路FFT信号；其中，预设频率间隔为当前数据帧的最佳基准频偏的分数倍；