【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于通信感知一体化，具体涉及一种基于偏移恒包络正交频分复用(orthogonal frequency division multiplexing,ofdm)的距离和速度估计方法。
技术介绍
1、ofdm信号具有较强的幅值波动，存在高峰值平均功率比(peak-to-average powerratio,papr)的问题，在ofdm信号基础上进行相位调制可以得到恒包络正交频分复用(constant envelope orthogonal frequency division multiplexing,ce-ofdm)信号，其0db的papr特性可以避免hpa非线性效应对通信传输和目标感知的影响，因此ce-ofdm是适用于通信感知一体化系统的多载波波形。相位调制使得ce-ofdm信号具有较大的直流分量，这导致信号频域功率分布不均匀，影响频谱感知性能。因此为了限制ce-ofdm的直流分量，偏移恒包络ofdm波形通过对ce-ofdm的直流分量进行一定水平的偏移，并对其他子载波进行功率补偿。然而，偏移恒包络ofdm的频谱不是完全平坦的，因此在传统二维快速傅里叶变换(two-dimensional fast fourier transform,2d-fft)感知算法下距离和速度估计性能较差。因此为了提升感知性能，本专利技术提出一种基于偏移恒包络ofdm的距离和速度估计方法，用于偏移恒包络ofdm通信感知一体化系统的目标感知。
技术实现思路
1、本专利技术基于提升偏移恒包络ofdm通信感
2、为了便于理解，对偏移恒包络ofdm通信感知一体化系统进行以下定义：
3、假设发射数据帧符号数为u，每个符号的子载波数为n，子载波间隔为△f，符号周期为t，光速为c0。感知目标距离为r，速度为v。
4、本专利技术的技术方案是：
5、基于偏移恒包络ofdm的距离和速度估计方法，包括：
6、发射端：
7、步骤1：产生信息比特流。符号中子载波数为n，采用正交幅度调制(quadratureamplitude modulation,qam)，调制阶数为m，以数据帧中第u个符号为例，发送信息比特为bu＝[bu(1),...,bu(((n-2)/2-1)×log2m)]。
8、步骤2：数据调制与共轭对称。将第u个符号的发送信息比特bu进行m阶qam调制，得到长度为(n-2)/2-1的调制信号：
9、x＝[x[0],x[1],...,x[((n-2)/2-1)-1]]
10、为了保证进行相位调制的ofdm信号为实数信号，在进行ifft变换前需要将m阶调制的qam符号x[k],k＝0,1,...,(n-2)/2-1映射为共轭对称的数据形式：
11、
12、步骤3：子载波映射与ifft变换。将长度为n的qam数据映射到多载波符号的n个子载波上，然后经过n点ifft运算后，得到时域离散实数ofdm信号
13、
14、其中分别为x[k]的虚部和实部。
15、步骤4：相位调制。对ofdm信号进行相位调制，得到离散时域ce-ofdm信号：
16、
17、其中，a表示载波信号的幅度，2πh表示ce-ofdm的相位调制指数。为了使信号相位的方差为(2πh)2，设置归一化常数因子cn的值为其中表示m阶qam调制的平均能量。
18、步骤5：直流偏移与功率补偿。对ce-ofdm信号s[n]进行直流偏移，并对信号进行功率补偿用以保证发射信号功率的归一化，偏移恒包络ofdm的发射时域信号可以表示为：
19、
20、其中，κ表示功率补偿系数，λ表示直流偏移长度。最大直流偏移长度λmax为ce-ofdm信号的直流分量强度，即：
21、
22、其中，μ表示直流偏移比例，取值范围是[0,1]，对应的功率补偿系数κ为：
23、
24、步骤6：构建发射数据帧与添加循环前缀。定义发射数据帧中包含u个偏移恒包络ofdm符号，则子帧内第u个符号的第n个时域信号表示为soce[u,n],n＝0,1,...,n-1,u＝0,1,...,u-1。最后，在每个时域符号soce[n]上添加长度为ncp的循环前缀(cyclic prefix,cp)，得到最终时域发送符号并通过基站发射天线发送。
25、接收端：
26、步骤7：去除循环前缀和时域-频域转换。基站接收到来自目标的回波信号后进行去cp操作，得到时域接收信号z[u,n]，对接收信号每个符号进行fft变换得到频域符号z[u,k]。当信号带宽b远小于载波频率fc时，多普勒频移会在每个子载波上产生一个相同的线性相移。考虑到子载波间隔△f，目标距离和速度对接收频域符号z[u,k]的影响可以被量化为下式：
27、
28、其中，s[u,k]表示数据帧中第u个符号的第k个子载波上的发送数据，z[u,k]表示回波数据帧中第u个符号的第k个子载波上的接收数据，w[u,k]表示功率为σ2的高斯白噪声，a[u,k]表示由于信号传播和散射而发生的衰减和相移。
29、步骤8：共轭相乘。对回波频域信号z[u,k]和已知发射频域信号s[u,k]进行共轭相乘运算以消除发射频域信号的影响：
30、z[u,k]×(s[u,k])*＝|s[u,k]|2×kr[u,k]×kv[u,k]+w[u,k]×(s[u,k])*
31、其中：
32、
33、步骤9：2d-fft运算与目标信息估计。对回波频域数据帧进行2d-fft运算，其性能等效于对目标距离和速度的最大似然估计(maximum likelihood estimation,mle)算法。对数据帧的的频率轴进行ifft运算，用以从kr[u,k]中获取感知目标的距离信息；对数据帧的时间轴进行fft运算用以从kv[u,k]中获取感知目标的速度信息：
34、
35、
36、2d-fft处理后，峰值产生的条件为：
37、
38、
39、根据峰值的位置编号和可以得出距离估计值和速度估计值
40、
41、
42、当在感知接收端对数据帧进行频率维度和时间维度的上采样时，2d-fft运算的点数成倍增加，此时感知的等效时间间隔和频率间隔变小，感知精度提高，但计算复杂度也随之增大。
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1.一种基于偏移恒包络OFDM的距离和速度估计方法，定义偏移恒包络OFDM符号数为U，每个符号子载波数为N；符号编号用u表示，u＝1,…,U，子载波编号用k表示，k＝1,…,N，时域采样点编号用n表示，n＝1,…,N；系统采用QPSK调制，阶数为M＝4，子载波间隔为△f，符号周期为T，载波频率为fc，光速为c0；感知目标距离为R，速度为v；相位调制时幅度为A，相位调制指数为2πh，直流偏移比例为μ；其特征在于，所述方法包括以下步骤：
【技术特征摘要】
1.一种基于偏移恒包络ofdm的距离和速度估计方法，定义偏移恒包络ofdm符号数为u，每个符号子载波数为n；符号编号用u表示，u＝1,…,u，子载波编号用k表示，k＝1,…,n，时域采样点编号用n表示，n＝1,…,n；...
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