一種基于濾波多音調(diào)制的時(shí)反水聲通信方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲通信領(lǐng)域，尤其涉及一種具有高可靠性的基于濾波多音調(diào)制的時(shí) 反水聲通信方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 高速時(shí)反水聲通信是近年來時(shí)反水聲通信領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)。通信速率的提高降低 了碼元的寬度，增加了單載波時(shí)反水聲通信中未壓縮的多途所影響的碼元范圍，從而降低 了通信性能、增加了自適應(yīng)均衡的運(yùn)算復(fù)雜度。為了降低多途擴(kuò)展的影響，可以將多載波技 術(shù)與時(shí)反技術(shù)相結(jié)合。中國專利CN201210008467. 1提出了一種基于時(shí)反和0FDM聯(lián)合處理 的水聲通信方法，然而在由于水聲信道的多途效應(yīng)比較嚴(yán)重，因此為了保證一個(gè)符號內(nèi)子 載波間的正交性，0FDM的子載波的帶寬必須很窄，而過窄的子載波會導(dǎo)致基于0FDM技術(shù)的 通信系統(tǒng)對頻偏比較敏感，為了保證通信性能，該方法必須采用較為復(fù)雜頻偏補(bǔ)償技術(shù)。為 了克服0FDM時(shí)反水聲通信方法對頻偏敏感的問題，SongA?等（SongA.andBadieyM.Time reversalacousticcommunicationformultibandtransmission[J].JASAExpress Letters, 2012, 131 (4) :EL283-EL288)提出了一種新的多載波TR水聲通信方法，該方法子 載波的帶寬較寬，通帶互不重疊，阻帶具有很高的抑制性，并且在相鄰子載波間還插入了保 護(hù)頻帶，因此該方法抗頻偏的能力較強(qiáng)，接收的子信號也可以采用單載波水聲通信中常用 的二階鎖相環(huán)技術(shù)進(jìn)行頻偏補(bǔ)償，但是由于該方法中使用了保護(hù)帶寬，因此與單載波時(shí)反 水聲通信方法相比，該方法的頻帶利用率會降低。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種抗頻偏性能強(qiáng)、頻帶利用率高的，基于濾波多音調(diào)制的 時(shí)反水聲通信方法。
[0004] -種基于濾波多音調(diào)制的時(shí)反水聲通信方法，包括以下步驟，
[0005] 步驟一：將通信頻帶B劃分為帶寬相同、通帶互不重疊、阻帶具有較強(qiáng)抑制性的M 個(gè)子載波，每個(gè)子帶的帶寬為B/M，并且相鄰子載波間并不設(shè)置保護(hù)頻帶；
[0006] 步驟二：將信息序列a(nTb)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換得到M個(gè)子序列{ai(nT)}，i =1，…，M，對M個(gè)子序列{ai(nT)}進(jìn)行K倍的內(nèi)插，內(nèi)插后的M個(gè)子序列經(jīng)過發(fā) 射濾波器g(kT。）處理后，被分別調(diào)制到M個(gè)子載波上，得到各子載波上的調(diào)制信號
[0007] 步驟三：將M個(gè)子載波上的調(diào)制信號Xl(kT。）合并得到信息信號4吒）=1>,(巧）， i=l 利用一個(gè)調(diào)頻帶寬等于通信帶寬B并且時(shí)間帶寬積大于100的線性調(diào)頻信號構(gòu)造探測信 號，然后在探測信號和信息信號間插入保護(hù)間隔構(gòu)成發(fā)射信號，保護(hù)間隔的時(shí)長大于信道 多途擴(kuò)展影響的最大碼元范圍，發(fā)射端將發(fā)射信號發(fā)射出去；
[0008] 步驟四：接收端進(jìn)行信號接收，利用接收的探測信號進(jìn)行幀同步，從接收信號中提 取信息信號r' (kT。)，利用M個(gè)子載波對接收的信息信號r' (kT)進(jìn)行相干解調(diào)，從而得 到M個(gè)基帶信息信號rJkT。)，m= 1，…，M，M個(gè)基帶信息信號經(jīng)過接收濾波和K倍的抽取 后得到M個(gè)碼元序列{ym (kT)}，m= 1，…，M;
[0009] 步驟五：構(gòu)造匹配濾波器h'JkThm= 1，…，M，分別對抽取后的碼元序 列{ym (kT)}，m= 1，…，M進(jìn)行時(shí)反處理，得到輸出信號{zm (kT)}，m= 1，…，M，匹配 濾波器h'JkThmi1，…，M的頻域響等于各個(gè)子載波對應(yīng)的傳輸子信道的共輒 Hm (〇;),//? -:M |
[0010] 步驟六：對時(shí)反處理的輸出信號分別進(jìn)行自適應(yīng)均衡，M個(gè)均衡器的判決值 料(#)}，，= 1，...W經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后得到信息序列的估值徘2；)。
[0011] 本發(fā)明一種基于濾波多音調(diào)制的時(shí)反水聲通信方法，還可以包括：
[0012] 1、M個(gè)基帶信息信號經(jīng)過接收濾波和K倍的抽取后得到M個(gè)碼元序列{yni(kT)}，m =1，…，M，
[0013] ____
?z=l
[0014] 其中f011'11 (l，n)為組合信道響應(yīng)，nn(人）為噪聲。
[0015] 2、時(shí)反處理的輸出信號{Zni(kT)}，m= 1，…，M為：
[0016] t^n-
i豐m
[0017] 其中，q^an)為時(shí)反處理后的組合信道響應(yīng)，〇K)為噪聲。
[0018] 有益效果：
[0019] 利用濾波多音調(diào)制技術(shù)擴(kuò)展了碼元符號的寬度，降低了時(shí)反處理后未壓縮的多途 影響的碼元范圍，從而達(dá)到降低殘余碼間干擾，提高時(shí)反水聲通信性能的目的；
[0020] 由于劃分的子載波通帶互不重疊，阻帶具有很強(qiáng)的抑制性，因此本發(fā)明比基于 0FDM的時(shí)反水聲通信方法具有更強(qiáng)的抗頻偏性能；
[0021] 由于子載波間并沒有設(shè)置保護(hù)頻帶，因此本發(fā)明比SongA.等提出多載波水聲通 信方法具有更高的頻帶利用率。
【附圖說明】
[0022] 圖1發(fā)射端信息信號的調(diào)制原理圖；
[0023] 圖2信息信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3發(fā)射信號的結(jié)構(gòu)圖；
[0025] 圖4接收端信息信號處理的原理圖；
[0026] 圖5試驗(yàn)中，發(fā)射信號的波形及信息信號的頻譜圖，圖5(a)發(fā)射信號的波形，圖 5(b)發(fā)射的信息信號的頻譜；
[0027] 圖6試驗(yàn)中，本發(fā)明與單載波時(shí)反水聲通信方法時(shí)反處理后的組合信道響應(yīng)的對 比圖，圖6(a)單載波時(shí)反水聲通信方法的組合信道響應(yīng)，圖6(b)本發(fā)明的組合信道響應(yīng)；
[0028] 圖7試驗(yàn)中，本發(fā)明與單載波時(shí)反水聲通信方法時(shí)反和自適應(yīng)均衡處理后的性能 對比圖，圖7(a)單載波時(shí)反水聲通信方法時(shí)反處理后的性能，圖7(b)單載波時(shí)反水聲通信 方法自適應(yīng)均衡后的性能，圖7 (c)本發(fā)明時(shí)反處理后的性能，圖7 (d)本發(fā)明自適應(yīng)均衡后 的性能。
【具體實(shí)施方式】
[0029] 下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明做進(jìn)一步詳細(xì)說明。
[0030] 本發(fā)明提供了 一種比0FDM時(shí)反水聲通信方法具有更強(qiáng)的抗頻偏性能，并且比 SongA等提出的方法具有更高的頻帶利用率的濾波多音調(diào)制時(shí)反水聲通信方法。
[0031] 為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下：在發(fā)射端，首先基于濾波多音調(diào) 制的原理將通信頻帶劃分成帶寬相同、通帶互不重疊、阻帶具有很強(qiáng)抑制性的多個(gè)子載波， 但是子載波間并不設(shè)置保護(hù)頻帶，隨后將信息序列進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換并且調(diào)制到多個(gè)子載波 上并行傳輸；在接收端，首先根據(jù)濾波多音調(diào)制的原理將接收信號解調(diào)到基帶，然后利用時(shí) 反和自適應(yīng)均衡對基帶信號中的碼間干擾和噪聲干擾進(jìn)行抑制，均衡器輸出的判決值經(jīng)過 并/串轉(zhuǎn)換后得到信息序列的估值。包括如下步驟：
[0032] (1)將通信頻帶B劃分為帶寬相同、通帶互不重疊、阻帶具有較強(qiáng)抑制性的M個(gè)子 載波，每個(gè)子帶的帶寬為B/M，并且相鄰子載波間并不額外的設(shè)置保護(hù)頻帶。
[0033] ⑵將信息序列a(nTb)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換得到M個(gè)子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M， 然后對M個(gè)子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M進(jìn)行K倍的內(nèi)插，內(nèi)插后的M個(gè)信號經(jīng)過發(fā) 射濾波器g(kT")樸理后，被分別調(diào)制到M個(gè)子載波上，從而得到各子載波上的調(diào)制信號
[0034] (3)將M個(gè)子載波上的調(diào)制信號Xl (kT。）合并得到信息信號4K) = (吒），并利 i=l 用一個(gè)調(diào)頻帶寬等于通信帶寬B并且時(shí)間帶寬積要大于100的線性調(diào)頻信號構(gòu)造探測信 號，然后在探測信號和信息信號間插入保護(hù)間隔共同構(gòu)成發(fā)射信號。保護(hù)間隔的時(shí)長要求 大于信道多途擴(kuò)展影響的最大碼元范圍，以避免在接收端探測信號對信息信號產(chǎn)生干擾。
[0035] (4)接收端利用接收的探測信號進(jìn)行幀同步，進(jìn)而從接收信號中提取信息信號 r' (kT。）。然后利用M個(gè)子載波對接收的信息信號r' (kT)進(jìn)行相干解調(diào)，從而得到M個(gè) 基帶信息信號rm(kT。)，m= 1，…，M，M個(gè)基帶信息信號rm(kT。)，m= 1，…，M經(jīng)過接收濾波 和K倍的抽取后得到M個(gè)碼元序列{ym (kT)}，m= 1，…，M。
[0036] (5)利用估計(jì)的信道響應(yīng)構(gòu)造匹配濾波器h'JkThm= 1，…，M，分別對抽取 后的碼元序列氏0^)}，!11= 1，…，M進(jìn)行時(shí)反處理。在沒有信道估計(jì)誤差的情況下， 匹配濾波器h'JkThmi1，…，M的頻域響等于各個(gè)子載波對應(yīng)的傳輸子信道的共輒 Hm (〇;),(? ：〇
[0037] (6)對時(shí)反處理的輸出信號{zn(kT)},m= 1,…，M分別進(jìn)行自適應(yīng)均衡，M個(gè)均衡 器的判決值伊,:(》項(xiàng)，〃=1，...，財(cái)經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后得到信息序列的估值蜘沿。
[0038] 為了使本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、特征、優(yōu)點(diǎn)更加明顯易懂，以下實(shí)施例將結(jié)合附圖對本 發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0039] 1?信息序列的調(diào)制
[0040] 由于基帶通信模型與頻帶通信模型是等價(jià)的，圖1基于基帶通信模型給出了本發(fā) 明發(fā)射端信息信號的調(diào)制原理。由圖1知，速率為1/Tb的信息序列a(nTb)經(jīng)過串/并轉(zhuǎn)換 后得到M個(gè)并行的子序列ani(nT)，m= 1，…，M，所有子序列經(jīng)過K倍的內(nèi)插以及發(fā)射濾波 后，被分別調(diào)制到M個(gè)子載波上，合并調(diào)制后的信號得到發(fā)射的信息信號
[0041]
(1)
[0042] 式中g(shù)(kT。）為的發(fā)射濾波器G(?)的時(shí)域響應(yīng)，!；=T/K為經(jīng)過K倍的內(nèi)插處理 后的碼元間隔，為了便于表達(dá)，以下分析中T。均被省略。
[0043] 理想情況下，發(fā)射濾波器應(yīng)為理想低通濾波器，但是理想