【摘 要】
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水声通信是实现水下万物互联的关键技术,也是联接空天海地一体化信息网络的重要纽带。在众多宽带水声通信技术中,差分相干检测正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术因在对抗多径干扰以及降低信道估计依赖等方面表现卓越,成为新一代高速水声通信的国际研究前沿。然而,要在复杂恶劣的水下环境实现差分OFDM信号精准检测极具挑战。具体而言,水
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水声通信是实现水下万物互联的关键技术,也是联接空天海地一体化信息网络的重要纽带。在众多宽带水声通信技术中,差分相干检测正交频分复用（Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM）技术因在对抗多径干扰以及降低信道估计依赖等方面表现卓越,成为新一代高速水声通信的国际研究前沿。然而,要在复杂恶劣的水下环境实现差分OFDM信号精准检测极具挑战。具体而言,水声信道多普勒效应剧烈且呈现宽带特性,一方面使得接收信号因载波间干扰而严重畸变,另一方面是在不同的子载波上产生非均匀频偏,强烈的非均匀多普勒频偏是制约差分水声OFDM信号检测性能的最主要瓶颈。聚焦此问题,本文采用“两步法”频偏抑制思路,首先将非均匀多普勒频偏转换为均匀残余频偏,再进一步抑制均匀残余频偏。本文研究内容和成果如下:1.针对非均匀多普勒频偏抑制问题,经典的块多普勒估计时域重采样算法在动态时变水声信道中抑制性能差,为此本文提出了一种信道自适应多普勒估计时域重采样算法。该算法基于所在应用场景下多普勒因子最大可能值截取接收信号两端的同步信号,通过互相关运算估计多普勒因子。之后,将估计结果作为重采样因子对信号重采样,转换非均匀多普勒频偏为均匀频偏,并同步实现频偏有效抑制。提出的算法可以自适应于水声信道的动态变化,相较于块多普勒估计算法,具有更高的多普勒估计精度和频偏抑制性能。2.针对时域重采样后均匀残余频偏抑制问题,经典的类多重信号分类频偏估计算法求解效率低,为此本文提出了一种高效的预估-寻优频偏估计算法。该算法首先预估频偏搜索区间,再使用粒子群优化算法在预估区间内快速寻优,能够以较低计算开销实现残余频偏估计。仿真实验结果表明,相较于类多重信号分类算法,提出的算法具有更高的计算效率与估计精度。进一步,联合该均匀残余频偏抑制方法与研究成果1中的非均匀频偏抑制方法,相较于单一重采样抑制,其频偏抑制性能更优。
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