CN106027116B - 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法 - Google Patents

一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法 Download PDF

Info

Publication number
CN106027116B
CN106027116B CN201610532432.6A CN201610532432A CN106027116B CN 106027116 B CN106027116 B CN 106027116B CN 201610532432 A CN201610532432 A CN 201610532432A CN 106027116 B CN106027116 B CN 106027116B
Authority
CN
China
Prior art keywords
signal
doppler
estimation
doppler coefficient
chirp
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
CN201610532432.6A
Other languages
English (en)
Other versions
CN106027116A (zh
Inventor
刘凇佐
乔钢
刘磊
马璐
周锋
孙宗鑫
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harbin Engineering University
Original Assignee
Harbin Engineering University
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Harbin Engineering University filed Critical Harbin Engineering University
Priority to CN201610532432.6A priority Critical patent/CN106027116B/zh
Publication of CN106027116A publication Critical patent/CN106027116A/zh
Application granted granted Critical
Publication of CN106027116B publication Critical patent/CN106027116B/zh
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B1/00—Details of transmission systems, not covered by a single one of groups H04B3/00 - H04B13/00; Details of transmission systems not characterised by the medium used for transmission
    • H04B1/69—Spread spectrum techniques
    • H04B2001/6912—Spread spectrum techniques using chirp

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Measurement Of Velocity Or Position Using Acoustic Or Ultrasonic Waves (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)

Abstract

本发明提供的是一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法。选取合适的chirp信号作为调制信号，并采用CSSBOK调制方式进行调制；利用chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量来得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出多普勒系数。本发明所述的基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，简单易行，计算量小，估计精度高，既能对每个码元的多普勒系数进行精确的估计，又能同时对信号进行准确地解调。

Description

一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法
技术领域
本发明涉及的是一种水声通信方法，具体涉及一种移动水声通信多普勒系数估计方法。
背景技术
对于水声通信中的多普勒估计问题，可以归纳为两类：一是测量接收信号的频率，通过频率的偏移量来对多普勒系数进行估计，二是根据多普勒效应引发的时域展宽或压缩的效应，通过测量信号的时域展宽或者压缩量进行多普勒系数的估计，其中比较典型的方法是模糊度函数方法与块多普勒估计方法。但以上方法一般都只是适用于静止水声通信的多普勒估计。
公开的移动水声通信多普勒系数估计方法中多是利用首尾的同步信号或是循环前缀进行整体的多普勒系数估计，再用估计的多普勒系数对进行多普勒补偿。例如：公开号为CN105282082A的专利文件中公开的一种基于拷贝相关与空子载波结合的多普勒估计方法，是在每帧信号首尾插入线性调频信号，利用首尾的线性调频信号进行整体的多普勒系数估计；公开号为CN104901718A的专利文件公开的一种基于直接序列扩频信号载波频率测量的多普勒估计方法，是对解扩后的信号进行低通滤波后，利用高分辨率计算方法测量频率值，根据频率值和原载波频率值估计多普勒系数；公开号为CN104793194A的专利文件公开的一种基于循环前缀的水声正交频分复用多普勒估计方法，是对正交频分复用水声通信系统的帧头部分加入线性调频信号和单频信号，数据符号部分均添加循环前缀，用接收的单频信号进行多普勒系数粗侧，再用循环前缀进行多普勒系数精测；公开号为CN103618686A的专利文件公开的一种水声OFDM多普勒因子精确估计方法，设计一种OFDM帧格式，加入带循环前缀的前同步码和CW单频信号，对接收信号进行三次多普勒估计；公开号为CN101594185A的专利文件中公开的一种移动水声通信信号的多普勒估计与同步方法，是选取两个线性调频信号作为帧同步信号，对接收采样信号和其延迟信号计算互相关函数，计算互相关函数的绝对值，判断其最大值对应的时间与互相关函数的中心点的偏移，计算多普勒因子。公开号为CN102916922A的专利文件中公开的一种水声OFDM自适应搜索多普勒补偿方法，是采用CW信号作为训练序列进行多普勒频偏因子粗测，利用高倍DFT对多普勒频偏进行补偿。上述技术方案是通过同步信号或是循环序列进行整体的多普勒系数估计，而不能精确地估计出每一个码元的多普勒系数，也不能达到在估计多普勒系数的同时对信号进行准确的解调的效果。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够实现多普勒补偿和数据解调同时进行的基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法。
本发明的目的是这样实现的：
选取chirp信号作为调制信号，并采用CSSBOK调制方式进行调制；利用chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出多普勒系数；具体包括：
(1)首先找出接收信号的第一个和第二个信号的位置，对第一个信号和第二个信号进行滑动匹配相关处理，利用chirp信号的强自相关性得到第一个chirp信号的时域长度变化量，从而估计出第一个信号的多普勒系数估计值；
(2)接下来利用第一个信号的多普勒系数估计值对第一个信号进行多普勒补偿；
(3)按照与步骤(1)至(2)相同的方法，再对第二第三个信号做滑动匹配相关处理，依次类推，对每一个信号都进行多普勒系数估计与补偿；
(4)利用滑动匹配多普勒系数估计方法在对信号进行多普勒补偿的同时也完成了对信号的解调。
本发明还可以包括：
1、步骤(1)具体包括：设一个chirp信号的初始采样点数为Ng，取接收端一帧信号的第1个到第N个采样点与第N+1个到第2N个采样点对应的数值依次相乘并且求和取平均：
其中IMAX是多普勒系数估计采样点最大滑动范围，
改变i的数值，得到一组Mi的值，只有当i＝n0时，Mi取到最大值Mn0，只需找出Mi中的最大值所对应的采样点数Nmax，再与初始采样点数Ng作差，即此时多普勒系数的估计值：
为信号长度的变化量。
2、步骤(4)具体包括：首先找到第一个信号所在的位置，并在多普勒补偿后用分数阶Fourier变换进行解调，设其为二进制数据“1”，若其能与第二个信号进行匹配，则第二个信号也为数据“1”；若不能进行匹配，则为数据“0”，在确定了第二个信号信息后，又对第三个信号进行解调，依次类推完成对所有信号的解调。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明基于具有大多普勒容限的chirp信号，提出了一种新的多普勒系数估计的方法——滑动匹配迭代多普勒系数估计方法，这种方法不仅能对每个码元的多普勒系数进行精确地估计，并且能够在估计多普勒系数的同时对信号进行准确的解调，实现了多普勒补偿和数据解调同时进行。
本发明的基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法中，选取chirp信号作为调制信号，并采用CSSBOK调制方式进行调制，通过估计chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量来得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出每个码元多普勒系数，并且在估计多普勒系数的同时对信号进行准确的解调。本发明所述的基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，简单易行，计算量小，估计精度高，既能对每个码元的多普勒系数进行精确的估计，又能同时对信号进行准确地解调。
附图说明
图1为滑动匹配多普勒系数估计原理图；
图2为CSSBOK调制原理图；
图3为多普勒效应原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
本发明基于具有大多普勒容限的chirp信号，提出了一种新的多普勒系数估计的方法——滑动匹配迭代多普勒系数估计方法，这种方法不仅能对每个码元的多普勒系数进行精确地估计，并且能够在估计多普勒系数的同时对信号进行准确的解调，实现了多普勒补偿和数据解调同时进行。
基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，包括：
步骤1：选取合适的chirp信号作为调制信号，并采用CSSBOK(Chirp SpreadSpectrum Binary orthogonal keyed)调制方式进行调制；
步骤2：利用chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量来得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出多普勒系数；
假设一段chirp信号的时域长度为Ng，在其经过水声信道后受多普勒效应的影响，长度变为了Ng+n0，此时多普勒系数Δ＝n0/Ng，而我们只需要估计出信号长度的变化量即可得到多普勒系数的估计值
步骤3：首先找出接收信号的第一个和第二个信号的大概位置，对第一个信号和第二个信号进行滑动匹配相关处理，利用chirp信号的强自相关性得到第一个chirp信号的时域长度变化量，从而估计出第一个信号的多普勒系数估计值；
假设一个chirp信号的初始采样点数为Ng，我们取接收端一帧信号的第1个到第N个采样点与第N+1个到第2N个采样点对应的数值依次相乘并且求和取平均：
其中IMAX是多普勒系数估计采样点最大滑动范围，这样改变i的数值，我们得到一组Mi的值，由匹配相关的原理可知，只有当i＝n0时，Mi取到最大值Mn0，因此只需找出Mi中的最大值所对应的采样点数Nmax，再与初始采样点数Ng作差，即此时多普勒系数的估计值：
我们称以上多普勒系数估计方法为滑动匹配多普勒系数估计方法；
步骤4：接下来利用第一个信号的多普勒系数估计值对第一个信号进行多普勒补偿，同理，再对第二第三个信号做滑动匹配相关处理，依次类推，对每一个信号都能够进行较为精确的多普勒系数估计与补偿；
步骤5：利用滑动匹配多普勒系数估计方法在对信号进行多普勒补偿的同时也完成了对信号的解调；
我们首先找到第一个信号所在的位置，并在多普勒补偿后用分数阶Fourier变换对其进行解调，在这里我们假设其为二进制数据“1”，若其能与第二个信号进行匹配，则第二个信号也为数据“1”，若不能进行匹配，则为数据“0”，在确定了第二个信号信息后，我们又可以对第三个信号进行解调，依次类推，就能完成对所有信号的解调。

Claims (2)

1.一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，其特征是：
选取chirp信号作为调制信号，并采用CSSBOK调制方式进行调制；利用chirp信号的采样点数在多普勒效应产生前后的变化量得到实际chirp信号长度的变化量，从而估计出多普勒系数；具体包括：
(1)首先找出接收信号的第一个和第二个信号的位置，对第一个信号和第二个信号进行滑动匹配相关处理，利用chirp信号的强自相关性得到第一个chirp信号的时域长度变化量，从而估计出第一个信号的多普勒系数估计值；具体包括：设一个chirp信号的初始采样点数为Ng，取接收端一帧信号的第1个到第N个采样点与第N+1个到第2N个采样点对应的数值依次相乘并且求和取平均：
其中IMAX是多普勒系数估计采样点最大滑动范围，
改变i的数值，得到一组Mi的值，只有当i＝n0时，Mi取到最大值Mn0，只需找出Mi中的最大值所对应的采样点数Nmax，再与初始采样点数Ng作差，即此时多普勒系数的估计值：
为信号长度的变化量；
(2)接下来利用第一个信号的多普勒系数估计值对第一个信号进行多普勒补偿；
(3)按照与步骤(1)至(2)相同的方法，再对第二第三个信号做滑动匹配相关处理，依次类推，对每一个信号都进行多普勒系数估计与补偿；
(4)利用滑动匹配多普勒系数估计方法在对信号进行多普勒补偿的同时也完成了对信号的解调。
2.根据权利要求1所述的基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法，其特征是步骤(4)具体包括：首先找到第一个信号所在的位置，并在多普勒补偿后用分数阶Fourier变换进行解调，设其为二进制数据“1”，若其能与第二个信号进行匹配，则第二个信号也为数据“1”；若不能进行匹配，则为数据“0”，在确定了第二个信号信息后，又对第三个信号进行解调，依次类推完成对所有信号的解调。
CN201610532432.6A 2016-07-07 2016-07-07 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法 Active CN106027116B (zh)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610532432.6A CN106027116B (zh) 2016-07-07 2016-07-07 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN201610532432.6A CN106027116B (zh) 2016-07-07 2016-07-07 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
CN106027116A CN106027116A (zh) 2016-10-12
CN106027116B true CN106027116B (zh) 2018-08-31

Family

ID=57108299

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
CN201610532432.6A Active CN106027116B (zh) 2016-07-07 2016-07-07 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法

Country Status (1)

Country Link
CN (1) CN106027116B (zh)

Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN109547372B (zh) * 2018-10-15 2021-06-25 中国人民解放军战略支援部队信息工程大学 正交频分复用水声通信中时变宽带多普勒因子估计方法及装置
CN113078959B (zh) * 2021-03-26 2022-02-01 集美大学 一种抗变化的多普勒频移的水声通信方法
CN114710386B (zh) * 2022-03-30 2024-03-19 华中科技大学 一种水声ofdm通信非均匀多普勒频偏抑制方法和系统

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101227448A (zh) * 2008-02-19 2008-07-23 威盛电子股份有限公司 使用移动式窗口信道估计的时间同步装置、方法与接收器
CN101394198A (zh) * 2008-10-27 2009-03-25 北京韦加航通科技有限责任公司 一种对存在较大频偏的块信号的频偏捕获方法
CN101414990A (zh) * 2008-12-02 2009-04-22 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的载波频偏和时延的捕获方法
CN101594185A (zh) * 2009-04-10 2009-12-02 西北工业大学 移动水声通信信号的多普勒估计与同步方法
CN102916922A (zh) * 2012-10-15 2013-02-06 哈尔滨工程大学 水声ofdm自适应搜索多普勒补偿方法

Family Cites Families (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4338532B2 (ja) * 2003-02-21 2009-10-07 富士通株式会社 通信装置

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101227448A (zh) * 2008-02-19 2008-07-23 威盛电子股份有限公司 使用移动式窗口信道估计的时间同步装置、方法与接收器
CN101394198A (zh) * 2008-10-27 2009-03-25 北京韦加航通科技有限责任公司 一种对存在较大频偏的块信号的频偏捕获方法
CN101414990A (zh) * 2008-12-02 2009-04-22 北京韦加航通科技有限责任公司 一种单载波频域均衡系统中的载波频偏和时延的捕获方法
CN101594185A (zh) * 2009-04-10 2009-12-02 西北工业大学 移动水声通信信号的多普勒估计与同步方法
CN102916922A (zh) * 2012-10-15 2013-02-06 哈尔滨工程大学 水声ofdm自适应搜索多普勒补偿方法

Also Published As

Publication number Publication date
CN106027116A (zh) 2016-10-12

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101541078B (zh) 一种tdoa的估计方法、系统和装置
US7027429B2 (en) Method and apparatus for time and frequency synchronization of OFDM communication systems
CN101444055B (zh) 时延多普勒信道响应解调方法
CN102130883B (zh) 一种用于td-lte系统时频同步的方法
CN101325450B (zh) 一种同步方法、频偏估计方法、同步装置、频偏估计装置
US11240134B2 (en) Communication system determining time of arrival using matching pursuit
CN102065048B (zh) Ofdm帧同步、频率同步、符号细同步的时域联合估计方法
CN101374131B (zh) 定时同步方法及装置、前导符号的生成方法和装置
CN106027116B (zh) 一种基于chirp信号的移动水声通信多普勒系数估计方法
CN112235215B (zh) 一种无线信道探测方法、存储介质及终端设备
CN105187352B (zh) 一种基于ofdm前导的整数频偏估计方法
CN108562883A (zh) 一种多载波雷达系统的最大似然距离估计算法
CN102546509A (zh) 基于chirp训练序列的载波频偏估计算法
EP2842283B1 (en) Method and Apparatus for frequency error estimation in a wireless communications
CN102215184B (zh) 一种上行定时偏差的估计方法及系统
BRPI0618058A2 (pt) métodos e equipamento para determinar temporazição em um sistema de comunicação sem fio
TW200926656A (en) Method and device for detecting a synchronization signal in a communication system
CN106878213B (zh) 一种lte上行频偏估计的方法
CN103188067A (zh) 一种扩频系统的码片时钟频率偏差误差估计及校正的方法
CN104796370B (zh) 一种水声通信的信号同步方法、系统及水声通信系统
CN103200144A (zh) 一种用于mimo-ofdm系统的同步方法
EP3033864B1 (en) Fine timing
RU2738961C1 (ru) Способ определения пространственных параметров элементов телекоммуникационных систем, использующих широкополосные сигналы
CN113315734A (zh) 用于卫星的载波同步方法、装置、电子设备及可读介质
EP1953978A1 (en) Decoding method and apparatus in communication devices

Legal Events

Date Code Title Description
C06 Publication
PB01 Publication
C10 Entry into substantive examination
SE01 Entry into force of request for substantive examination
GR01 Patent grant
GR01 Patent grant