CN116405357B 一种菲涅尔域零导频ocdm水声通信的载波频偏估计补偿方法 （上海交通大学）

EstimationforMIMOOCDMUndeAcousticCommunicationsBasedon一种菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波本发明公开了一种菲涅尔域零导频OCDM水领域。本发明考虑水下发送设备能量受限的现的干扰，针对水声信道时延已知和未知两种情建立CFO估计度量，设计不同的载波频偏估计补检测同步工作和多普勒偏移初步补偿的基础上开展，通过寻找OCDM系统菲涅尔域零导频的CFO有效提升了OCDM信号在水下通信的可行性和通2据符号d(i)生成长度为M＝2L+N的OCDM调制信号s(i)=p[p(i)d(i)0EXJ7,其中步骤4、选取载波频偏候选值B,,给出补偿载波频偏后的接收信号z(i,),执行时域叠处理信号Z(i)=中VROUSZ(i),其中ΦM为菲涅尔变换矩阵，ROLA为循环叠加操作；执行信道估计操作，获得MMSE信道估计器huse(i)和ZF信道估计器ihzr(i);对预处理信号z(i)执行2.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特3.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特34.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特x(i)=[p7(i)d"(i)0EX1J7,其中零导频数量为2L_1，数据符号d(i)＝[d(iN)，d(iN+输块表达为S(i)=中器X(i);在每个菲涅尔域零导频OCDM传输块后增加L长的零后缀，以消的信噪比，将能量分配给传输数据，导频能够分配的能量为因此5.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特为块内载波频偏，H是信道参数矩阵，为(M+L)XM的Toeplitz矩阵，第一列表示为h＝[hTp和Ap分别是第p条径的传输时延7.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特执行时域叠加操作ROLA和菲涅尔域搬移操作提取出预补偿后接收信号中的菲涅尔域零导频unuu(ilw)=其中4数量为27+1,其中i=L-Lh-1;z(ilw,)预信道估计R1是导频选择矩阵，而后预均衡OCDM预处理信号z(ili),提取出预均衡后接收信号中的菲涅尔域零导频unu(il,)=rnau(0)OFGTZ(il,),其中，零导频选择向量为rnuu(0)=均衡器G(i)=⃞-1(i),信道频率相应是大小为MXM的对角矩阵，第一列为预估计信道参数FM8.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特9.如权利要求1所述的菲涅尔域零导频OCDM水声通信的载波频偏估计补偿方法，其特涅尔变换矩阵ΦM，将信号变换至菲涅尔域，获得预处理信号z(i)=中VRo步骤83、对预处理OCDM信号Z(i),执行均衡操作，估计出OCDM系统中的数据符号MMSE均衡器为其中z=diag([2025[0002]正交啁啾分复用(OrthogonalChirpDivisionMultiplex,OCDM)是近期新提出涅尔变换，以此实现信号时域和菲涅尔域的相互变化，该变换类似于正交频分复用和未知的情况下，设计针对菲涅尔域零导频OCDM系统的载波频偏估计补偿方法，是提升了一种针对OCDM系统发送端增补阶次扫描搜索迭代算法以降低计算复杂度减少多普勒频域零导频OCDM系统在水声通信中获得的通考虑水声通信能量受限和信道信息不容易获得的现状，考虑信道时延已知和未知的情况6的数据符号d(i)生成长度为M＝2L+N的OCDM调制信号S(i)=其其中是被载加性高斯白噪声；[0010]步骤4、选取载波频偏候选值i,,我们给出补偿载波频偏后的接收信号z(ili,),执行时域叠加操作ROLA和菲涅尔域搬移操作ΦM，获得载波频偏候选值条件下的预处理信号信道估计操作，获得MMSE信道估计器hwwse(i)和ZF信道估计器hzr(i):对预处理信号z(i)7[r-u,u+]的[0017]进一步地，所述步骤1，与OFDM信号的产生使用傅里叶变化相似，OCDM信号的产生使用离散菲涅尔变换(DiscreteFresnelTransform,DFnT)矩阵，具体表示为其中M为OCDM系统的子载波数量。OCDM系统在菲涅尔域添加导频后，数据符号组成为X(i)=其中零导输信号，让导频和传输数据中的符号都经历相同的信噪比，将能量分配给传输数为块内载波频偏，H是信道参数矩阵，为(M+L)×M的Toeplitz矩阵，第一列表示为h＝[hT执行时域叠加操作ROLA和菲涅尔域搬移操作z(ili),8频数量为2I+1,其中i=l-Ln-1。其中，零导频选择向量为rnun(0)=均衡用菲涅尔变换矩阵ΦM，将信号变换至菲涅尔域，获得预处理信号z(i)=中MRouaz([0028]步骤82、对预处理OCDM信号Z(i),进行信道估计，获得MMSE信道估计器[0029]步骤83、对预处理OCDM信号zi),执行均衡操作，估计出OCDM系统中的数据符号Λ_1值即为最优载波频偏估计值。实现针对菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统的载波频偏估9方式来消除块间干扰。本发明考虑水声通信场景能量受限现状，设计针对使用零后缀的[0034]本发明提供的针对基于菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统的载波频偏估计补偿测工作和同步工作的基础上开展，并使用前导码和后导码完成了对多普勒偏移的初步补[0036]本发明考虑了载波频偏对采用零后缀的菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统进行载波频偏估计值。具体实施时，可以使用一维搜索法选取最佳载波频偏估计值具体来[0039]与OFDM信号的产生使用傅里叶变化相似，OCDM信号的产生使用离散菲涅尔变换为其中零导频数量为2L_1，数据符号d(i)＝[d(iN),d(iN+的信噪比，将能量分配给传输数据，导频能够分配的能量为因此[0043]对上述信号执行串并转换操作，在开头和结尾再各添加一个长度为L的前后导码添加在开头和末尾的前后导码用于检测信号并执行重采样操作，以对水下环境中的多普勒缩放因子进行初步补r(v,)=H是其中h(I)=⃞-OA,6(l-IP),lp和Ap分别是第p条径的传输时延和信道增益，共有P条多途产生的信道，Lh是最大信道时延，w(i)是加性高斯白噪声(AdditiveWhiteGaussian最大信道时延Lh已知和未知两种情况来表示处理信号中的零导频unuu(ili)。选取载波频偏候选值i,,对接收信号执行预补偿或预均衡操作，具体如下。信号z(il,),提取出预补偿后接收信号中的菲涅尔域零导频unun(ili)。[0057]其中零导频的选择向量选择出的零导频数量为2I+1,其中l=L-Ln-1,⊙为元素点乘符号。[0058](43)步骤43：当信道最大时延未知时，使用载波频偏候选值i,,对预处理信号z(ili,)预信道估计而后预均衡OCDM预处理信号z(ili),提取出预均衡后接收信号中[0059]当信道最大时延未知时，设置Lh＝0，因为缺失信道相关信息，采用迫零(Zero础上预均衡OCDM预处理信号Z(il,),而后使用零导频选择向量选出预均衡信号中的零导是酉阵；均衡器G(i)=⃞-1(i),信道频率相应是大小为M×M的对角矩[0063]针对最大信道时延Lh已知时获得的预补偿[0065]若接收端补偿了正确的载波频偏参数，那么零导频上不会有相邻符号泄露的能量，即c(il,)=0.[0070]利用最佳载波频偏估计值，对接收到带有载波频偏干扰的OCDM信号y(i)进行补作，估计出OCDM系统中的数据符号i().[0074](81)步骤81：对补偿载波频偏后的信号执行时域叠加操作，并获得预处理信号[0076]z(i)=PMRouaz(i).[0078]对预处理OCDM信号z(i)使用最小均方误差(MinimumMean_SquareError,MMSE)估计信道参数h.MMSE均衡器为其中为发送信号中数据符号的功率。此外，叠加操作后的噪声为有色噪声，其方差为尔域零导频的能量构建载波频偏估计度量，实现了OCDM接收信号中载波频偏影响的补偿，[0092]图1为本发明提供的一种基于菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统的载波频偏估计[0093]本发明提供的针对基于菲涅尔域零导频OCDM水声通信系统的载波频偏估计补偿移的初步补偿，而后利用菲涅尔域零导频特性对OCDM系统进行载波频偏参数的估计和补表示为其中M为OCDM系统的子载波s(i)=x(i).在每个输数据，导频能够分配的能量为因此b-T.体为添加在开头和末尾达式w(i)),对该信MM至菲涅尔域，载波频偏候选值条件下的预处理信号当信道最大时延已知时，使用i,对OCDM接收信号进行预补偿，而后使用零导频选择向量选出预补偿信号中的零导频，具体表示为unuu(ili,)=rnuu(Ln)oz(il⃞),其中，零导频的选择向[IL0LX(N+L)]，在此基础上预均衡OCDM预处理信号Z(il,),而后使用零导频选择向量选出信道频率相应是大小为MXM的对角矩阵，第一列为预估计信道参数[0100]步骤5：针对最大信道时延Lh已知时获得的