[发明专利]水下MIMO-OFDM系统非正交导频图案设计方法

说明书

本发明公开了一种水下MIMO‑OFDM系统非正交导频图案设计方法，MIMO‑OFDM系统包含Nsubgt;t/subgt;个发射端，Nsubgt;r/subgt;个接收端，Nsubgt;t/subgt;＝2，不同发射端对应的导频索引序列相互重叠，且为等间隔导频，系统导频开销为Ksubgt;p/subgt;，传输带宽为B；将导频观测值频域能量集中于导频索引处，值为Ksubgt;p/subgt;；定义向量g为Ksubgt;p/subgt;维向量，处值为Ksubgt;p/subgt;，其他为0；对向量g做IDFT变换得到向量χ，从向量χ中分离发射端1导频与发射端2导频，得到非正交导频图案。本发明克服水下环境恶劣导致水声信道估计精度低问题，满足实际应用中对通信数据恢复性能的更高要求，针对均匀导频水下MIMO‑OFDM系统，利用非正交导频图案提高信道估计结果精度，在相同解码性能下节省水声MIMO‑OFDM系统导频开销。

技术领域

本发明属于水声信号处理领域，涉及一种水下MIMO-OFDM系统非正交导频图案设计方法。

背景技术

MIMO-OFDM系统具有抗多径干扰能力强以及在不显著增加带宽的条件下显著提高数据传输速率等优点，近几年被广泛应用于水声通信系统。MIMO-OFDM系统每个接收端的接收信号包含来自所有发射端的独立数据，需要同时估计多个信道，因此准确的信道估计成为一大挑战。利用已知的导频符号估计信道系数是目前的主流MIMO-OFDM系统信道估计方法，但是，传统的导频设计方案要求导频索引序列互不交叠，称为正交导频。显然系统导频开销随系统发射端数量增加而增加，这制约着数据传输速率的增加，从而导致信道估计精度与系统通信速率的权衡问题。为了解决这一问题，无线电通信大规模MIMO系统开始研究多个发射端共用一套导频索引序列的非正交导频系统。非正交导频降低了MIMO系统的导频开销，并且相同系统导频开销下，非正交导频提供更多的导频符号用于信道估计，估计效果准确。

中国专利说明书CN109314551B提到无线通信系统终端需要发送正交的上行链路导频信号，这将导致MIMO系统导频开销过大的问题。中国专利说明书CN112260811A提出了一种导频分配方法，仍基于发射端导频相互正交的前提，对导频取值进行优化，仍然能不能很好解决系统导频开销与发射端天线数量成正比的问题。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种不同发射端共用导频索引位置的水下MIMO-OFDM系统非正交导频图案设计方法，降低系统导频开销，增加信道估计精度。

为解决上述技术问题，本发明的一种水下MIMO-OFDM系统非正交导频图案设计方法，MIMO-OFDM系统包含N_t个发射端，N_r个接收端，N_t＝2，不同发射端对应的导频索引序列相互重叠，且为等间隔导频，系统导频开销为K_p，传输带宽为B；单个导频符号能量均为1，每个发送端对应的导频值序列能量为K_p；将导频观测值频域能量集中于导频索引处，值为K_p；定义向量g为K_p维向量，处值为K_p，其他为0；对向量g做IDFT变换得到向量χ，向量χ为发射端1导频与发射端2导频的哈达玛积，从向量χ中分离发射端1导频与发射端2导频，得到非正交导频图案。

进一步的，当MIMO-OFDM系统对应N_t为大于2的偶数时，将MIMO-OFDM系统化分为若干个上一段描述的MIMO-OFDM系统，上一段描述的MIMO-OFDM系统应用按照上述方法得到的非正交导频图案，上一段描述MIMO-OFDM系统之间导频索引互不重叠，应用正交导频图案。

进一步的，上述方法应用非正交导频图案，时延估计范围为