本發(fā)明屬于聲學(xué)通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體涉及一種基于隱蔽聲音信號(hào)的智能手機(jī)實(shí)時(shí)通信方法。
背景技術(shù)：
：隨著智能設(shè)備的流行，人們已經(jīng)廣泛使用這些設(shè)備獲取并傳播信息。同時(shí)，電子廣告板、筆記本電腦等配備屏幕和揚(yáng)聲器的設(shè)備，已經(jīng)成為方便快捷的信息來(lái)源。寬帶服務(wù)公司Sandvine半年期的全球互聯(lián)網(wǎng)現(xiàn)象報(bào)告中指出：在北美地區(qū)，視頻和音頻數(shù)據(jù)流占據(jù)了高峰時(shí)段超過(guò)70％的寬帶網(wǎng)絡(luò)流量。在這種趨勢(shì)下，人們希望在用戶觀看(收聽(tīng))視頻(音頻)的同時(shí)，能夠向用戶持有的智能設(shè)備傳遞其他有用的信息。例如，球迷在觀看NBA直播比賽時(shí)，可以在智能設(shè)備上接收球員和球隊(duì)的背景介紹和賽季表現(xiàn)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)?，F(xiàn)有的技術(shù)通常直接顯示附加信息；或者先將信息編碼為可視化圖像(如二維碼)再顯示在屏幕上，然后通過(guò)用戶持有的智能設(shè)備對(duì)圖像進(jìn)行捕捉，并予以解碼。前者將會(huì)影響用戶的觀看體驗(yàn)；對(duì)于后者，智能設(shè)備上相機(jī)的抖動(dòng)、角度的偏移，用戶與屏幕間的距離、障礙物、相對(duì)移動(dòng)，都會(huì)影響信息獲取，導(dǎo)致通信系統(tǒng)的靈活性大大降低。由于音頻信號(hào)能夠通過(guò)衍射和反射繞過(guò)障礙物傳播，且向四面?zhèn)鞑?，因此，用音頻信號(hào)作為附加信息的載體可以解決上述問(wèn)題。本發(fā)明致力于利用人耳聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)和生活中高度易得的音頻信號(hào)，研究和探索一種在揚(yáng)聲器和手機(jī)麥克風(fēng)之間傳遞隱蔽信息的通信系統(tǒng)。人耳對(duì)音量的感知與聲音信號(hào)的頻率有關(guān)，其最敏感的頻率范圍為2～4KHz。頻率偏高時(shí)，只有更高音量的聲音才能被人耳察覺(jué)。同時(shí)，人的聽(tīng)力系統(tǒng)具有頻域掩蔽和時(shí)域掩蔽效應(yīng)。前者是指頻率相近的兩個(gè)信號(hào)中，音量更大的將掩蔽較小的一個(gè)。后者是指當(dāng)兩個(gè)信號(hào)幾乎同時(shí)出現(xiàn)時(shí)，音量大的信號(hào)將阻礙人對(duì)音量較小信號(hào)的感知。因此，為了保障用戶對(duì)原始音頻信號(hào)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)，需要對(duì)其信號(hào)載體頻率進(jìn)行選擇。音頻信號(hào)的通信信道包含揚(yáng)聲器和麥克風(fēng)，分別實(shí)現(xiàn)電信號(hào)到音頻信號(hào)、音頻信號(hào)到電信號(hào)的轉(zhuǎn)換。大多數(shù)揚(yáng)聲器的響應(yīng)頻率范圍為50～20000Hz，但不同的揚(yáng)聲器頻率選擇性衰落的性質(zhì)不同，且在高頻段性能會(huì)大幅下降。麥克風(fēng)也有頻率選擇性衰落的性質(zhì)，多數(shù)智能手機(jī)的麥克風(fēng)對(duì)頻率高于17KHz的聲音信號(hào)無(wú)法做出響應(yīng)。而人耳能夠聽(tīng)到的聲音頻率范圍為20～18000Hz，這一范圍超過(guò)了麥克風(fēng)所能響應(yīng)的頻率范圍。因此，利用音頻信號(hào)承載人耳無(wú)法感知的附加信息，需要對(duì)信號(hào)進(jìn)行精細(xì)的設(shè)計(jì)。實(shí)際應(yīng)用中，外界噪聲干擾，音頻信號(hào)的傳播損耗、編碼容量，附加信號(hào)的不可感知性與信息傳遞的魯棒性之間的權(quán)衡等因素，都需要加以考量。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提供了一種基于隱蔽聲音信號(hào)的智能手機(jī)實(shí)時(shí)通信的方法。本發(fā)明所采用的技術(shù)方案是：一種基于隱蔽聲音信號(hào)的智能手機(jī)實(shí)時(shí)通信方法，其特征在于，包括以下步驟：步驟1：利用正交頻分復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)信號(hào)；步驟2：確定子載波調(diào)制方式；步驟3：分析原始音頻信號(hào)，確定適合嵌入數(shù)據(jù)包的位置；步驟4：自適應(yīng)地嵌入數(shù)據(jù)信號(hào)；步驟5：包頭檢測(cè)；步驟6：信道估計(jì)；步驟7：提取信號(hào)；步驟8：數(shù)據(jù)糾正。作為優(yōu)選，步驟1的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟1.1：選擇頻率在8～14.3KHz之間的64個(gè)子載波用來(lái)承載數(shù)據(jù)信息，頻率在14.4～15KHz之間的7個(gè)子載波來(lái)承載控制信號(hào)；所有子載波寬度選取為100Hz；步驟1.2：根據(jù)原始音頻的能量分布情況確定調(diào)制信號(hào)的方式；當(dāng)原始音頻大于8KHz的頻譜能量密度小于3*10-2J/Hz時(shí)，利用ASK的特殊形式——通斷鍵控(OOK)來(lái)調(diào)制信號(hào)，并在嵌入數(shù)據(jù)前刪除原始音頻超過(guò)8KHz的部分；否則，采用EDK來(lái)調(diào)制信號(hào)，并在嵌入數(shù)據(jù)前刪除原始音頻超過(guò)14.3KHz的部分；步驟1.3：將嵌入的數(shù)據(jù)流分為若干數(shù)據(jù)包，選擇在持續(xù)時(shí)間的前一半內(nèi)頻率從fmin增大為fmax，后一半時(shí)間內(nèi)減小為fmin的線性調(diào)頻信號(hào)作為包頭(fmin＝17KHz,fmax＝20KHz)，并填充一段50ms的靜默時(shí)間；再將數(shù)據(jù)信號(hào)分裝入各數(shù)據(jù)包中，使用頻率為14.5KHz的導(dǎo)頻信號(hào)用于時(shí)間選擇性估計(jì)、多普勒頻移估計(jì)；在標(biāo)志信號(hào)的尾部選取一段特定長(zhǎng)度的信號(hào)作為循環(huán)前綴，用于抵抗碼間干擾和載波間干擾。、作為優(yōu)選，步驟2的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：對(duì)應(yīng)信息包的音頻信號(hào)，其低頻段音頻信號(hào)的ESD由計(jì)算得到，高頻段音頻信號(hào)的ESD由計(jì)算得到；其中，l為每個(gè)包里采樣點(diǎn)數(shù)；f(KHz)代表信號(hào)頻率；F(f)代表頻率為f的信號(hào)的幅度；Δf(i,j)代表頻率范圍，即f∈[fi,fj]；默認(rèn)調(diào)制方法為ASK，當(dāng)滿足Eph＞Ehigh，且時(shí)選擇EDK為調(diào)制方法(Ehigh和Rhl表示兩個(gè)衡量閾值，本發(fā)明設(shè)置Ehigh＝3*10-2J/Hz，)。作為優(yōu)選，步驟3的具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：針對(duì)每一個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的音頻片段，計(jì)算整個(gè)頻段音頻信號(hào)的能譜密度Est、音頻信號(hào)的能譜密度Esl、高頻段音頻信號(hào)的能譜密度Esh，計(jì)算方法和信息包相同；定義閾值Emin，表示植入數(shù)據(jù)符號(hào)需要的最小音頻能譜密度；當(dāng)Est＞Emin時(shí)才向音頻片段中嵌入數(shù)據(jù)，否則不進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入。作為優(yōu)選，步驟4具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：對(duì)于ASK方式調(diào)制的子載波，其嵌入信號(hào)的能量強(qiáng)度計(jì)算公式如下：Eam=64*β2EslEsl<Emax64*β2EmaxEsl≥Emax]]>對(duì)于EDK方式調(diào)制的子載波，其嵌入信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算公式如下：Een=64*β2EslBsiEsl<Emax64*β2EmaxBsiEsl≥Emax]]>其中，β表示嵌入強(qiáng)度系數(shù)，Bsi是EDK中的帶寬調(diào)整值，Emax是衡量嵌入信號(hào)能譜密度最大值的閾值，Esl表示信號(hào)的能譜密度。作為優(yōu)選，步驟5的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟5.1：利用包絡(luò)檢波來(lái)檢測(cè)包頭信號(hào)；步驟5.2：獲取子載波調(diào)制方式。作為優(yōu)選，步驟6的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟6.1：采用最小二乘估計(jì)方法，利用每個(gè)信息包中第一個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的子載波上的導(dǎo)頻，進(jìn)行頻率選擇性估計(jì)；定義w(n)為環(huán)境噪聲，h(n)為信道脈沖響應(yīng)，N為每個(gè)標(biāo)志內(nèi)的樣本數(shù)，x(n)為接收到的信號(hào)序列；在移除循環(huán)前綴之后，第一個(gè)符號(hào)中被接收端接收到的信號(hào)表達(dá)式為：y(n)=x(n)⊗h(n)+w(n),n=0,1,...,N-1;]]>通過(guò)傅里葉變換，將y(n)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域中，表達(dá)式為：Y(k)＝X(k)*H(k)+W(k)k＝0,1,…,N–1；則頻道脈沖響應(yīng)的估計(jì)值，計(jì)算公式為：He(k)=Yp(k)Xp(k)=Xp(k)Hp(k)+Wp(k)Xp(k)=Hp(k)+Wp(k)Xp(k);]]>其中，Xp(k)表示導(dǎo)頻序列，Wp(k)表示導(dǎo)頻處的環(huán)境噪聲，Hp(k)表示導(dǎo)頻處信道響應(yīng)，表示估計(jì)誤差；步驟6.2：采用最小二乘估計(jì)方法，利用每個(gè)符號(hào)中14.5KHz的子載波上的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間選擇性估計(jì)和多普勒頻移估計(jì)；因發(fā)送端導(dǎo)頻信號(hào)的頻率fs已知，通過(guò)檢測(cè)接收端的信號(hào)中導(dǎo)頻信號(hào)的頻率fr就能計(jì)算多普勒頻偏效應(yīng)的決定因子：進(jìn)而通過(guò)公式：計(jì)算得到所有子載波的頻偏；這里v表示聲音在空氣中的傳播速度，v0表示手機(jī)的移動(dòng)速度，θ表示揚(yáng)聲器和手機(jī)移動(dòng)方向之間的夾角。作為優(yōu)選，步驟7具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：一個(gè)長(zhǎng)度和子載波帶寬相同的“數(shù)據(jù)窗”，負(fù)責(zé)截取中心頻率和第一個(gè)子載波頻率相同的數(shù)據(jù)；根據(jù)對(duì)應(yīng)的子載波調(diào)制方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)；之后“數(shù)據(jù)窗”向前移動(dòng)一個(gè)子載波帶寬的長(zhǎng)度，直到所有子載波中嵌入的數(shù)據(jù)都被提取出來(lái)。作為優(yōu)選，步驟7中，由于嵌入信號(hào)的能量與對(duì)應(yīng)符號(hào)的音頻片段的平均能量有關(guān)，因此用于提取每個(gè)符號(hào)的閾值大小，要根據(jù)音頻信號(hào)的平均能量進(jìn)行調(diào)整。作為優(yōu)選，步驟8的具體實(shí)現(xiàn)包括以下子步驟：步驟8.1：符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤校正；在一個(gè)符號(hào)內(nèi)，利用RS碼進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正噪聲引起的錯(cuò)誤；在將數(shù)據(jù)編碼為RS碼之前，將原有信息的最后一個(gè)元素設(shè)置為其他所有元素的異或值，接收方對(duì)RS碼解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的異或操作，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性；步驟8.2：符號(hào)間擦除校正；信息包中的符號(hào)用cell(i)表示，其中i∈[1,30]，cell(i)(j)表示第j個(gè)子載波上的比特位，其中j∈[1,64]；選取信息包中的最后m個(gè)符號(hào)作為奇偶校驗(yàn)符號(hào)，令對(duì)每一個(gè)j∈[1,60]，令當(dāng)s個(gè)相關(guān)的符號(hào)中僅一個(gè)符號(hào)發(fā)生多位錯(cuò)誤時(shí)，這個(gè)錯(cuò)誤的符號(hào)就通過(guò)其他s-1個(gè)符號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。相對(duì)于現(xiàn)有技術(shù)，本發(fā)明的有益效果是：通信距離和角度更寬廣，對(duì)于非視線通信環(huán)境和設(shè)備移動(dòng)魯棒性更強(qiáng)。附圖說(shuō)明圖1是本發(fā)明實(shí)施例的原理圖。具體實(shí)施方式為了便于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解和實(shí)施本發(fā)明，下面結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)描述，應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的實(shí)施示例僅用于說(shuō)明和解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。本發(fā)明主要基于空間聲學(xué)通信，考慮人耳和智能設(shè)備音頻特性，提出了一種基于隱蔽聲音信號(hào)的智能手機(jī)實(shí)時(shí)通信的實(shí)驗(yàn)方法及系統(tǒng)。本方法充分利用人耳聽(tīng)覺(jué)的掩蔽效應(yīng)和生活中高度易得的音頻信號(hào)，在確保不影響主信道上人耳音頻聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)的非顯性的揚(yáng)聲器-麥克風(fēng)數(shù)據(jù)隱蔽通信。本發(fā)明可作為現(xiàn)有的隱蔽的屏幕-照相機(jī)通信系統(tǒng)的補(bǔ)充，提高數(shù)據(jù)傳送率和可信度。本發(fā)明提供的方法能夠用計(jì)算機(jī)軟件技術(shù)實(shí)現(xiàn)流程。參見(jiàn)圖1，本發(fā)明提供的一種基于隱蔽聲音信號(hào)的智能手機(jī)實(shí)時(shí)通信方法，包括以下步驟：步驟1，利用正交頻分復(fù)用技術(shù)設(shè)計(jì)信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：步驟1.1，選擇頻率在8～14.3KHz之間的64個(gè)子載波用來(lái)承載數(shù)據(jù)信號(hào)，頻率在14.4～15KHz之間的7個(gè)子載波來(lái)承載控制信號(hào)，所有子載波寬度選取為100Hz。步驟1.2，根據(jù)原始音頻信號(hào)的能量分布情況，選擇采用EDK或者ASK技術(shù)來(lái)調(diào)整每個(gè)子載波上的信號(hào)；將該數(shù)據(jù)流封裝為數(shù)據(jù)包，每個(gè)數(shù)據(jù)包含有31個(gè)符號(hào)(包含數(shù)據(jù)位)和1個(gè)用于同步的包頭信號(hào)，并在每個(gè)符號(hào)前嵌入循環(huán)前綴。實(shí)施例具體的實(shí)施過(guò)程說(shuō)明如下：首先選擇頻率在8～14.3KHz之間的64個(gè)子載波用來(lái)承載數(shù)據(jù)信息，頻率在14.4～15KHz之間的7個(gè)子載波來(lái)承載控制信號(hào)。其次，當(dāng)原始音頻大于8KHz的頻譜能量密度小于3*10-2J/Hz時(shí)，利用ASK的特殊形式——通斷鍵來(lái)調(diào)制信號(hào)，并在嵌入數(shù)據(jù)前刪除原始音頻超過(guò)8KHz的部分；否則，采用EDK來(lái)調(diào)制信號(hào)，并在嵌入數(shù)據(jù)前刪除原始音頻超過(guò)14.3KHz的部分；最后，本發(fā)明將嵌入的數(shù)據(jù)流分為若干數(shù)據(jù)包。選擇在持續(xù)時(shí)間的前一半內(nèi)頻率從增大為，后一半時(shí)間內(nèi)減小為的線性調(diào)頻信號(hào)作為包頭，并填充一段50ms的靜默時(shí)間。導(dǎo)頻用于OFDM信號(hào)發(fā)送端和接收端的同步。本例中選取，，整個(gè)導(dǎo)頻信號(hào)持續(xù)時(shí)間為100ms。再將數(shù)據(jù)信號(hào)分裝入各數(shù)據(jù)包中，使用頻率為14.5KHz的導(dǎo)頻信號(hào)用于時(shí)間選擇性估計(jì)、多普勒頻移估計(jì)。在本例中選取長(zhǎng)度為100ms的數(shù)據(jù)標(biāo)志持續(xù)時(shí)間。在標(biāo)志信號(hào)的尾部選取一段特定長(zhǎng)度的信號(hào)作為循環(huán)前綴，本例中持續(xù)時(shí)間為10ms，用于抵抗碼間干擾和載波間干擾。步驟2，確定子載波調(diào)制方式，對(duì)與每一個(gè)數(shù)據(jù)包相對(duì)應(yīng)的音頻片段進(jìn)行能量分析，為該數(shù)據(jù)包選擇子載波調(diào)制方式(ASK或EDK)；在數(shù)據(jù)包的包頭中嵌入一個(gè)14.6KHz的控制信號(hào)，表示對(duì)應(yīng)的子載波采用的調(diào)制方式。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：定義l為每個(gè)包里采樣點(diǎn)數(shù)；f(KHz)代表信號(hào)頻率；F(f)代表頻率為f的信號(hào)的幅度；Δf(i,j)代表頻率范圍，即f∈[fi,fj]。則對(duì)應(yīng)信息包的音頻信號(hào)，其平均能譜密度(ESD)可以由計(jì)算得到。低頻段音頻信號(hào)的ESD可以由計(jì)算得到，高頻段音頻信號(hào)的ESD由計(jì)算得到。默認(rèn)調(diào)制方法為ASK，當(dāng)滿足Eph＞Ehigh，且時(shí)選擇EDK為調(diào)制方法。本實(shí)施例中選擇選擇Ehigh＝3*10-2J/Hz，并在每個(gè)導(dǎo)頻中嵌入14.6KHz的信號(hào)來(lái)表明選擇的調(diào)制方法。步驟3，分析原始音頻信號(hào)，確定適合嵌入數(shù)據(jù)包的位置；對(duì)與數(shù)據(jù)包中每一個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的音頻片段進(jìn)行能量分析當(dāng)滿足預(yù)先設(shè)定的條件時(shí)，在后續(xù)步驟中向該片段自適應(yīng)地嵌入數(shù)據(jù)，否則不進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入。向每一個(gè)這樣的音頻片段中嵌入14.8KHz的控制信號(hào)，作為其是否嵌入數(shù)據(jù)的標(biāo)記。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：針對(duì)每一個(gè)符號(hào)相對(duì)應(yīng)的音頻片段，計(jì)算整個(gè)頻段音頻信號(hào)的能譜密度Est、音頻信號(hào)的能譜密度Esl、高頻段音頻信號(hào)的能譜密度Esh，計(jì)算方法與步驟2中的Ept、Epl、Eph相同。這里的計(jì)算針對(duì)的是與信息包中每一個(gè)標(biāo)志相對(duì)應(yīng)的音頻片段。定義閾值Emin，表示植入數(shù)據(jù)符號(hào)需要的最小音頻能譜密度。只有當(dāng)Est>Emin時(shí)才向音頻片段中嵌入數(shù)據(jù)，否則不進(jìn)行數(shù)據(jù)嵌入。本例中選取Emin＝6*10-3J/Hz。在14.8KHz處植入一個(gè)控制信號(hào)來(lái)標(biāo)志此段音頻有無(wú)嵌入信號(hào)。步驟4，自適應(yīng)地嵌入數(shù)據(jù)信號(hào)；原始音頻信號(hào)能量越高，嵌入信號(hào)的強(qiáng)度越大，反之越低。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：對(duì)于ASK方式調(diào)制的子載波，其嵌入信號(hào)的能量強(qiáng)度計(jì)算公式如下：Eam=64*β2EslEsl<Emax64*β2EmaxEsl≥Emax]]>對(duì)于EDK方式調(diào)制的子載波，其嵌入信號(hào)的強(qiáng)度計(jì)算公式如下：Een=64*β2EslBsiEsl<Emax64*β2EmaxBsiEsl≥Emax]]>其中，β表示嵌入強(qiáng)度系數(shù)，Bsi是EDK中的帶寬調(diào)整值，Emax是衡量嵌入信號(hào)能譜密度最大值的閾值，Esl表示信號(hào)的能譜密度；在本實(shí)施例中，選取Bsi＝20Hz。Emax是衡量嵌入信號(hào)能譜密度最大值的閾值，本例中取Emax＝5*10-2J/Hz。當(dāng)原始音頻信號(hào)的能量增強(qiáng)時(shí)，由于嵌入信號(hào)已經(jīng)具有足夠的魯棒性，因此其強(qiáng)度保持不變，否則將可能因?yàn)樵肼曔^(guò)大而影響用戶對(duì)原始音頻信號(hào)的聽(tīng)覺(jué)體驗(yàn)。為了便于信道估計(jì)，發(fā)送端導(dǎo)頻信號(hào)的能量必須是接收方已知的，因此本例中導(dǎo)頻信號(hào)的能量大小取固定值。嵌入數(shù)據(jù)信號(hào)后，經(jīng)過(guò)傅里葉逆變換，通過(guò)揚(yáng)聲器就可以送達(dá)至接收端。步驟5，包頭檢測(cè)，利用包頭中頻率在14.6KHz的控制信號(hào)來(lái)判定標(biāo)志子載波的調(diào)整方法。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：步驟5.1：利用包絡(luò)檢波來(lái)檢測(cè)包頭信號(hào)。理論上，包絡(luò)最大值對(duì)應(yīng)的是包頭的位置。但實(shí)際應(yīng)用中，由于信號(hào)振鈴時(shí)間和上升時(shí)間的存在，接收端的信號(hào)中，包頭位置附近的包絡(luò)大小非常接近。這將導(dǎo)致至多5個(gè)采樣點(diǎn)的同步誤差，造成難以預(yù)計(jì)的相位偏移。在本系統(tǒng)中，每個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)4410個(gè)采樣點(diǎn)，因此不超過(guò)5個(gè)采樣點(diǎn)的同步錯(cuò)誤對(duì)子載波信號(hào)的幅度及能量分布幾乎沒(méi)有影響。步驟5.2：獲取子載波調(diào)制方式。定位包頭后，通過(guò)其中頻率為14.6KHz的控制信號(hào)，接收端可以獲知子載波的調(diào)制方式。步驟6，進(jìn)行信道估計(jì)；采用梳狀-塊狀混合導(dǎo)頻，首先通過(guò)數(shù)據(jù)包中第一個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的子載波上的導(dǎo)頻，進(jìn)行頻率選擇性估計(jì)(FSE)；再利用每個(gè)符號(hào)中14.5KHz子載波上的導(dǎo)頻進(jìn)行時(shí)間選擇性估計(jì)(TSE)和多普勒頻移估計(jì)(DFOE)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：步驟6.1：采用最小二乘估計(jì)(LSE)方法，利用每個(gè)信息包中第一個(gè)符號(hào)對(duì)應(yīng)的子載波上的導(dǎo)頻，進(jìn)行頻率選擇性估計(jì)(FSE)。定義w(n)為環(huán)境噪聲，h(n)為信道脈沖響應(yīng)，N為每個(gè)標(biāo)志內(nèi)的樣本數(shù)，x(n)為接收到的信號(hào)序列；在移除循環(huán)前綴之后，第一個(gè)符號(hào)中被接收端接收到的信號(hào)表達(dá)式為：通過(guò)傅里葉變換，將y(n)從時(shí)域轉(zhuǎn)換到頻域中，表達(dá)式為：Y(k)＝X(k)*H(k)+W(k)k＝0,1,…,N–1；則頻道脈沖響應(yīng)的估計(jì)值，計(jì)算公式為：He(k)=Yp(k)Xp(k)=Xp(k)Hp(k)+Wp(k)Xp(k)=Hp(k)+Wp(k)Xp(k);]]>其中，Xp(k)表示導(dǎo)頻序列，Wp(k)表示導(dǎo)頻處的環(huán)境噪聲，Hp(k)表示導(dǎo)頻處信道響應(yīng)，表示估計(jì)誤差；在本實(shí)施例中，由于只對(duì)頻率超過(guò)8KHz的信號(hào)進(jìn)行編碼，外界噪聲幾乎沒(méi)有影響，因此估計(jì)誤差很小，符號(hào)的頻率選擇性衰退與之近似。步驟6.2：采用最小二乘估計(jì)(LSE)方法，利用每個(gè)符號(hào)中14.5KHz的子載波上的導(dǎo)頻信號(hào)進(jìn)行時(shí)間選擇性估計(jì)(TSE)和多普勒頻移估計(jì)(DFOE)。當(dāng)接收端在移動(dòng)時(shí)，由于多普勒效應(yīng)的存在，一個(gè)符號(hào)內(nèi)信道響應(yīng)的幅度和相位都會(huì)發(fā)生改變。為了補(bǔ)償估計(jì)誤差，需要將接收端的移動(dòng)考慮在內(nèi)。由于發(fā)送端導(dǎo)頻信號(hào)的頻率fs已知(14.5KHz)，通過(guò)檢測(cè)接收端的信號(hào)中導(dǎo)頻信號(hào)的頻率fr就可以計(jì)算多普勒頻偏效應(yīng)的決定因子：進(jìn)而通過(guò)公式：可以計(jì)算得到所有子載波的頻偏。這里v表示聲音在空氣中的傳播速度，v0表示手機(jī)的移動(dòng)速度，θ表示揚(yáng)聲器和手機(jī)移動(dòng)方向之間的夾角。消除多普勒頻偏的影響后，所有的數(shù)據(jù)信號(hào)都可以被精確定位。步驟7，提取信號(hào)，具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：在DFOE之后，每個(gè)子載波承載的數(shù)據(jù)被精準(zhǔn)定位，因此利用頻道估計(jì)便可還原出原始信號(hào)。本發(fā)明定義一個(gè)長(zhǎng)度和子載波帶寬相同的“數(shù)據(jù)窗”，負(fù)責(zé)截取中心頻率和第一個(gè)子載波頻率相同的數(shù)據(jù)。根據(jù)對(duì)應(yīng)的子載波調(diào)制方法，對(duì)信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。之后“數(shù)據(jù)窗”向前移動(dòng)一個(gè)子載波帶寬的長(zhǎng)度，直到所有子載波中嵌入的數(shù)據(jù)都被提取出來(lái)。由于嵌入信號(hào)的能量與對(duì)應(yīng)符號(hào)的音頻片段的平均能量有關(guān)，因此用于提取每個(gè)符號(hào)的閾值大小，要根據(jù)音頻信號(hào)的平均能量進(jìn)行調(diào)整。步驟8，數(shù)據(jù)糾正；在相同條件下反復(fù)測(cè)試數(shù)據(jù)包中的數(shù)據(jù)誤差分布情況，大部分符號(hào)的錯(cuò)誤不超過(guò)3比特，可能是由于外界環(huán)境中的噪音引起；少部分符號(hào)錯(cuò)誤超過(guò)10比特，可能是由于多徑效應(yīng)引起，需要在符號(hào)中使用更多編碼，保證數(shù)據(jù)的可靠性。設(shè)計(jì)正交錯(cuò)誤糾正系統(tǒng)，分為符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤校正、符號(hào)間擦除校正兩部分。前者使用RS碼對(duì)符號(hào)內(nèi)由于噪聲引起的數(shù)據(jù)錯(cuò)誤進(jìn)行檢測(cè)和校正；對(duì)于后者，符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤校正完成后，我們已經(jīng)知道哪些符號(hào)是不可靠的，因此可利用數(shù)據(jù)包內(nèi)的最后m個(gè)符號(hào)作為奇偶校驗(yàn)標(biāo)志來(lái)糾錯(cuò)。具體實(shí)現(xiàn)過(guò)程是：步驟8.1：符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤校正。在一個(gè)符號(hào)內(nèi)，重點(diǎn)處理噪聲引起的錯(cuò)誤。在本例中，選擇RS碼進(jìn)行錯(cuò)誤檢測(cè)和糾正。在包含15個(gè)元素的有限域中，能夠糾正至多個(gè)錯(cuò)誤元素，并檢測(cè)出至多n-k個(gè)錯(cuò)誤元素的任意組合。為了提高錯(cuò)誤檢測(cè)能力，在將數(shù)據(jù)編碼為RS碼之前，將原有信息的最后一個(gè)元素設(shè)置為其他所有元素的異或值。接收方對(duì)RS碼解碼后的數(shù)據(jù)進(jìn)行同樣的異或操作，用于驗(yàn)證數(shù)據(jù)的正確性。步驟8.2：符號(hào)間擦除校正。這一步的目的是糾正少數(shù)符號(hào)中的大量錯(cuò)誤，這些錯(cuò)誤無(wú)法通過(guò)RS碼進(jìn)行糾正。信息包中的符號(hào)用cell(i)表示，其中i∈[1,30]，cell(i)(j)表示第j個(gè)子載波上的比特位，其中j∈[1,64]。由于符號(hào)內(nèi)錯(cuò)誤校正完成后，本發(fā)明已知哪些符號(hào)是不可靠的，因此可以利用信息包中其他可靠的符號(hào)來(lái)重新獲取這些符號(hào)中的信息。在本例中，選取信息包中的最后m個(gè)符號(hào)作為奇偶校驗(yàn)符號(hào)。令對(duì)每一個(gè)j∈[1,64]，令當(dāng)s個(gè)相關(guān)的符號(hào)中僅一個(gè)符號(hào)發(fā)生多位錯(cuò)誤時(shí)，這個(gè)錯(cuò)誤的符號(hào)就可以通過(guò)其他s-1個(gè)符號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，本說(shuō)明書(shū)未詳細(xì)闡述的部分均屬于現(xiàn)有技術(shù)。應(yīng)當(dāng)理解的是，上述針對(duì)較佳實(shí)施例的描述較為詳細(xì)，并不能因此而認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明專利保護(hù)范圍的限制，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可以做出替換或變形，均落入本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)，本發(fā)明的請(qǐng)求保護(hù)范圍應(yīng)以所附權(quán)利要求為準(zhǔn)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3