PC-FFT:一种时频协同的差分水声OFDM信号ICI抑制方法

摘要：

载波间干扰(Inter-Carrier Interference,ICI)是制约差分水声正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing,OFDM)信号检测性能的瓶颈性因素.本文提出了一种时频协同的新型ICI抑制方法,称为分段-单频率校正快速傅里叶变换(Partially-Single-Frequency-Corrected Fast Fourier Transform,PC-FFT).具体而言,首先,PC-FFT在时域上以OFDM符号时长为单位,对接收信号做互不重叠的均匀划分,化快变信号为多段准静态信号;其次,在频域上对每段短信号分别在一个频点上做补偿;最后,线性加权每一段补偿短信号的傅里叶变换输出,输入差分检测器.为了确定权重和补偿频率,本文建立了以二者为变量,以最小化信号检测均方误差为目标的优化问题.在该问题中,权重与补偿频率高度耦合,致使其严重非凸.为了降低复杂度,本文设计了一种坐标轮换下降的算法,其基于特征值分解求解权重,基于梯度下降法求解补偿频率,二者交替执行直至收敛.仿真和实测水声信道的测试结果均表明,在大多普勒频偏下,相较现有的部分快速傅里叶变换(Partial Fast Fourier Transform,P-FFT)、分数快速傅里叶变换(Fractional Fast Fourier Transform,F-FFT)和分段频移快速傅里叶变换(Partially-Shifted Fast Fourier Transform,PS-FFT)等方法,PC-FFT具有更好的ICI抑制性能.具体地,当载波数为1024、多普勒因子达3.5×10-4、信噪比在10～30 dB范围变化时,PC-FFT相较于PS-FFT可将均方误差降低55.08%～67.64%,而P-FFT和F-FFT几乎无法工作.

关键词：水声通信、正交频分复用、差分相干检测、多普勒频偏、载波间干扰

所属期刊栏目：39

分类号：TN929.3

资助基金：国家自然科学基金;国家自然科学基金

在线出版日期：2023-11-13（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页数：共15页

页码：1842-1856