低通濾波器是無法實(shí)現(xiàn) 的。實(shí)際應(yīng)用考慮到頻譜抑制度、頻帶利用率等問題本發(fā)明中使用的發(fā)射濾波器為平方根 升余弦濾波器，其滾降系數(shù)a與內(nèi)插倍數(shù)K以及子載波數(shù)M的關(guān)系為a=K/M-1。
[0044] 圖2給出了信息信號的頻譜結(jié)構(gòu)圖，由圖可以看出與0FDM中子載波相互重疊不 同，本發(fā)明中各子載波的通帶是互不重疊的，因此具有更強(qiáng)的抗頻偏性能，同時由圖可以看 至IJ，由于相鄰子載波間并不存在保護(hù)頻帶，因此其頻帶利用率與單載波時反水聲通信方法 相同，不會出現(xiàn)SongA.等提出的方法頻帶利用率降低的問題。
[0045] 2?發(fā)射信號的組成
[0046] 圖3給出了發(fā)射信號的構(gòu)成形式，由圖可知，發(fā)射信號由探測信號、保護(hù)間隔和信 息信號3部分組成。探測信號為線性調(diào)頻信號，其調(diào)頻帶寬等于通信帶寬B并且時間帶寬 積大于100,作用是用于幀同步；保護(hù)間隔的時長大于水聲信道多途擴(kuò)展的最大時長，其作 用是為了保證在接收端探測信號不會對信息信號產(chǎn)生干擾；信息信號則為圖2所示的多載 波調(diào)制信號。
[0047] 3.解調(diào)、時反和自適應(yīng)均衡
[0048]圖4基于基帶通信模型給出了本發(fā)明發(fā)接收端信息信號的處理原理圖。由圖4可 知，若水聲信道的響應(yīng)為h(k)，信道噪聲為w(k)，則接收的信息信號可表示為
[0049](幻 尸.=..-co
[0050] 接收的信息信號的M副本經(jīng)過載波解調(diào)后，被分別送入M個接收濾波器中，接收濾 波器與發(fā)射濾波器相匹配，即其頻譜為f(co)。第m個接收濾波器的輸出信號經(jīng)過K倍的 抽取可得
[0051]
(:3)
[0052] 式⑶中f^an)表示組合信道響應(yīng)，為噪聲，其表達(dá)式分為
[0053]
[0054]
[0055] 由式⑷可以看出，子序列ai(nK)所經(jīng)過的水聲信道的響應(yīng)可表示為
[0056]
(6)
[0057] 由式（6)知，不同子序列對應(yīng)的水聲信道的響應(yīng)是不同的，因此接收端需要對抽 取后的信號分別進(jìn)行時反和自適應(yīng)均衡處理。接收端，利用估計(jì)的信道響應(yīng)構(gòu)造匹配濾波 器攻:對yn (nK)進(jìn)行時反處理可得
[0058]
I本n i^m
[0059] 其中q^an)表示時反處理后的組合信道響應(yīng)，〇K)為噪聲，其表達(dá)式分別 為
[0062] 由式（7)可知，時反處理后的干擾分量由載波間干擾、碼間干擾和噪聲組成。結(jié)合 圖2和式（8)可知，由于子載波間具有很強(qiáng)的頻譜抑制性，因此載波間干擾近似等于0,對通 信性能的影響可以忽略。當(dāng)發(fā)射信號的功率足夠高，噪聲對通信性能的影響可以忽略時，殘 余多途而產(chǎn)生的碼間干擾成為影響時反水聲通信性能的主要因素。由于本發(fā)明將通信帶寬 被劃分成M子載波，因此與單載波時反通信方法相比，碼元符號的寬度擴(kuò)展M倍，殘余多途 而產(chǎn)生的碼間干擾將顯著降低。
[0063] 為了進(jìn)一步提高通信性能，本發(fā)明在接收端使用了自適應(yīng)均衡器對時反處理后的 信號進(jìn)行后處理，均衡器輸出的判決值經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后就得到信息序列的估計(jì)值。
[0064] 4?具體的水聲通信計(jì)算實(shí)例
[0065] 本發(fā)明提供的水聲通信方法已經(jīng)在哈爾濱工程大學(xué)信道水池的試驗(yàn)中的到了驗(yàn) 證，下面給出一個具體的計(jì)算實(shí)例來說明本發(fā)明的有效性。
[0066] 試驗(yàn)水池的長、寬和深分別為45m、5m和6m，池底鋪滿細(xì)沙，四周布滿吸聲尖劈。發(fā) 射換能器放置于水下1. 5m，接收換能器放置于水下1. 5m，收發(fā)雙方的水平距離為5. 5m。通 信頻帶為7. 5-15. 5kHz，基于濾波多音調(diào)制技術(shù)被劃分成8個子載波，信息序列的碼元總數(shù) 為6400,使用BPSK映射，其中前800個用于訓(xùn)練。發(fā)射濾波器為平方根升余弦濾波器，其滾 降系數(shù)為a= 0. 5。探測信號是時長為50ms、調(diào)頻帶寬7. 5-15. 5kHz的hamming加窗線性 調(diào)頻信號。圖5給出了試驗(yàn)條件下發(fā)射信號的波形和信息信號的頻譜。
[0067]圖6給出了試驗(yàn)條件下，本發(fā)明時反處理后的組合信道響應(yīng)，并將其與單載波時 反水聲通信方法時反處理后的組合信道響應(yīng)進(jìn)行了對比，試驗(yàn)中信道估計(jì)基于LS算法。由 圖6可以看出時反處理后，單載波時反水聲通信方法的多途影響的碼元范圍在60個左右， 而本發(fā)明多途影響的碼元范圍大約在8個左右，出現(xiàn)了顯著的降低。
[0068]圖7給出了試驗(yàn)條件下，本發(fā)明時反和自適應(yīng)均衡處理后的性能，并將其與單載 波時反水聲通信方法的性能進(jìn)行了對比。本發(fā)明中用于時反后處理的自適應(yīng)均衡器的數(shù)目 為8,每個均衡器的抽頭數(shù)為8,所有均衡器的總抽頭數(shù)為64。單載波時反水聲通信中用于 時反后處理的自適應(yīng)均衡器的數(shù)目為1，其抽頭數(shù)為64。均衡器所用的自適應(yīng)算法為RLS 算法，遺忘因子A= 0.999。由圖7可知，本發(fā)明時反和自適應(yīng)均衡處理后的誤碼率更低， 星座圖分布更好，并且由于本發(fā)明中RLS每次迭代的運(yùn)算量為8X0 (82)，而單載波時反水聲 通信中RLS每次迭代的運(yùn)算量為0(642)，因此本發(fā)明時反后處理所用自適應(yīng)均衡的運(yùn)算復(fù) 雜度也降低了 7/8。
[0069] 綜上，本發(fā)明為水聲通信平臺提供了一種可靠的通信方法，它利用濾波多音調(diào)制 技術(shù)擴(kuò)展了碼元符號的寬度，降低了水聲信道的多途擴(kuò)展影響的碼元范圍，從而達(dá)到降低 時反處理后的殘余碼間干擾，提高時反水聲通信性能的目的，由于本發(fā)明中相鄰子載波的 通帶互不重疊并且沒有設(shè)置保護(hù)頻帶，因此本發(fā)明的抗頻偏能力較強(qiáng)，頻帶利用率較高。
[0070] 本發(fā)明公開了一種基于濾波多音調(diào)制的時反水聲通信方法。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 多個子載波，并且子載波間并不設(shè)置保護(hù)頻帶，隨后將信息序列進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換并調(diào)制到 多個子載波上并行傳輸；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， 然后利用時反和自適應(yīng)均衡技術(shù)對基帶信號中的碼間干擾和噪聲干擾進(jìn)行抑制，自適應(yīng)均 衡輸出的判決值經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后即可得到信息序列的估值。本發(fā)明的有益效果：利用濾 波多音調(diào)制技術(shù)擴(kuò)展了碼元符號的寬度，降低了多途擴(kuò)展影響的碼元范圍，從而達(dá)到降低 時反處理后的殘余碼間干擾，提高時反水聲通信性能的目的。此外由于相鄰子載波的通帶 互不重疊并且沒有設(shè)置保護(hù)頻帶，因此本發(fā)明的抗頻偏能力較強(qiáng)，頻帶利用率較高。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于濾波多音調(diào)制的時反水聲通信方法，其特征在于：包括以下步驟， 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個子 載波，每個子帶的帶寬為B/M，并且相鄰子載波間并不設(shè)置保護(hù)頻帶； 步驟二：將信息序列a(nTb)進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換得到M個子序列{ai(nT)}，i = 1，…，M，對M個子序列{ai (nT)}進(jìn)行K倍的內(nèi)插，內(nèi)插后的M個子序列經(jīng)過發(fā)射 濾波器g(kT。）處理后，被分別調(diào)制到M個子載波上，得到各子載波上的調(diào)制信號步驟三：將M個子載波上的調(diào)制信號X1 (kT。）合并得到信息信號，利用 一個調(diào)頻帶寬等于通信帶寬B并且時間帶寬積大于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； 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 個基帶信息信號rJkT。)，m = 1，…，M，M個基帶信息信號經(jīng)過接收濾波和K倍的抽取后得 到M個碼元序列{ym (kT)}，m = 1，…，M ; 步驟五：構(gòu)造匹配濾波器h' " (kT)，m = 1，…，M，分別對抽取后的碼元序列^ (kT)}，m =1，…，M進(jìn)行時反處理，得到輸出信號{zm(kT)}，m = 1，···，]?，匹配濾波器h' m(kT)，m = 1，…，M的頻域響等于各個子載波對應(yīng)的傳輸子信道的共輒圮μ) w = 1，…，M 步驟六：對時反處理的輸出信號分別進(jìn)行自適應(yīng)均衡，M個均衡器的判決值 經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后得到信息序列的估值2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾波多音調(diào)制的時反水聲通信方法，其特征在于： 所述的M個基帶信息信號經(jīng)過接收濾波和K倍的抽取后得到M個碼元序列{ yni (kT) }，m = 1，…，M，其中fb'nQ，n)為組合信道響應(yīng)，Tln(A)為噪聲。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于濾波多音調(diào)制的時反水聲通信方法，其特征在于： 所述的時反處理的輸出信號{zm(kT)}，m = 1，"·，Μ為：其中，q^d，η)為時反處理后的組合信道響應(yīng)，Gni(IiK)為噪聲。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于濾波多音調(diào)制的時反水聲通信方法。在發(fā)射端，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)抑制性的多個子載波，并且子載波間并不設(shè)置保護(hù)頻帶，隨后將信息序列進(jìn)行串/并轉(zhuǎn)換并調(diào)制到多個子載波上并行傳輸；在接收端，將接收信號解調(diào)到基帶，然后利用時反和自適應(yīng)均衡技術(shù)對基帶信號中的碼間干擾和噪聲干擾進(jìn)行抑制，自適應(yīng)均衡輸出的判決值經(jīng)過并/串轉(zhuǎn)換后即可得到信息序列的估值。本發(fā)明利用濾波多音調(diào)制技術(shù)擴(kuò)展了碼元符號的寬度，降低了多途擴(kuò)展影響的碼元范圍，從而達(dá)到降低時反處理后的殘余碼間干擾，提高時反水聲通信性能的目的。
【IPC分類】H04B13/02, H04L27/26
【公開號】CN105187350
【申請?zhí)枴緾N201510477828
【發(fā)明人】李海森, 孫琳, 李若, 陳寶偉, 周天, 徐超, 朱建軍, 杜偉東, 董照琦
【申請人】哈爾濱工程大學(xué)
【公開日】2015年12月23日
【申請日】2015年8月6日