一种基于滤波多音调制的时反水声通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于滤波多音调制的时反水声通信方法。在发射端，将通信频带划分成带宽相同、通带互不重叠、阻带具有很强抑制性的多个子载波，并且子载波间并不设置保护频带，随后将信息序列进行串/并转换并调制到多个子载波上并行传输；在接收端，将接收信号解调到基带，然后利用时反和自适应均衡技术对基带信号中的码间干扰和噪声干扰进行抑制，自适应均衡输出的判决值经过并/串转换后即可得到信息序列的估值。本发明专利技术利用滤波多音调制技术扩展了码元符号的宽度，降低了多途扩展影响的码元范围，从而达到降低时反处理后的残余码间干扰，提高时反水声通信性能的目的。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属于水声通信领域，尤其涉及一种具有高可靠性的基于滤波多音调制的时 反水声通信方法。
技术介绍
高速时反水声通信是近年来时反水声通信领域的研究热点。通信速率的提高降低 了码元的宽度，增加了单载波时反水声通信中未压缩的多途所影响的码元范围，从而降低 了通信性能、增加了自适应均衡的运算复杂度。为了降低多途扩展的影响，可以将多载波技 术与时反技术相结合。中国专利CN201210008467. 1提出了一种基于时反和0FDM联合处理 的水声通信方法，然而在由于水声信道的多途效应比较严重，因此为了保证一个符号内子 载波间的正交性，0FDM的子载波的带宽必须很窄，而过窄的子载波会导致基于0FDM技术的 通信系统对频偏比较敏感，为了保证通信性能，该方法必须采用较为复杂频偏补偿技术。为 了克服0FDM时反水声通信方法对频偏敏感的问题，SongA?等（SongA.andBadieyM.Time reversalacousticcommunicationformultibandtransmission.JASAExpress Letters, 2012, 131 (4) :EL283-EL288)提出了一种新的多载波TR水声通信方法，该方法子 载波的带宽较宽，通带互不重叠，阻带具有很高的抑制性，并且在相邻子载波间还插入了保 护频带，因此该方法抗频偏的能力较强，接收的子信号也可以采用单载波水声通信中常用 的二阶锁相环技术进行频偏补偿，但是由于该方法中使用了保护带宽，因此与单载波时反 水声通信方法相比，该方法的频带利用率会降低。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种抗频偏性能强、频带利用率高的，基于滤波多音调制的 时反水声通信方法。 -种基于滤波多音调制的时反水声通信方法，包括以下步骤， 步骤一：将通信频带B划分为带宽相同、通带互不重叠、阻带具有较强抑制性的M 个子载波，每个子带的带宽为B/M，并且相邻子载波间并不设置保护频带； 步骤二：将信息序列a(nTb)进行串/并转换得到M个子序列{ai(nT)}，i =1，…，M，对M个子序列{ai(nT)}进行K倍的内插，内插后的M个子序列经过发 射滤波器g(kT。）处理后，被分别调制到M个子载波上，得到各子载波上的调制信号 步骤三：将M个子载波上的调制信号Xl(kT。）合并得到信息信号4吒）=1>,(巧）， i=l 利用一个调频带宽等于通信带宽B并且时间带宽积大于100的线性调频信号构造探测信 号，然后在探测信号和信息信号间插入保护间隔构成发射信号，保护间隔的时长大于信道 多途扩展影响的最大码元范围，发射端将发射信号发射出去； 步骤四：接收端进行信号接收，利用接收的探测信号进行帧同步，从接收信号中提 取信息信号r' (kT。)，利用M个子载波对接收的信息信号r' (kT)进行相干解调，从而得 到M个基带信息信号rJkT。)，m= 1，…，M，M个基带信息信号经过接收滤波和K倍的抽取 后得到M个码元序列{ym (kT)}，m= 1，…，M; 步骤五：构造匹配滤波器h'JkThm= 1，…，M，分别对抽取后的码元序 列{ym (kT)}，m= 1，…，M进行时反处理，得到输出信号{zm (kT)}，m= 1，…，M，匹配 滤波器h'JkThmi1，…，M的频域响等于各个子载波对应的传输子信道的共辄 Hm (〇;),//? -:M | 步骤六：对时反处理的输出信号分别进行自适应均衡，M个均衡器的判决值 料(#)}，，= 1，...W经过并/串转换后得到信息序列的估值徘2；)。 本专利技术，还可以包括： 1、M个基带信息信号经过接收滤波和K倍的抽取后得到M个码元序列{yni(kT)}，m =1，…，M， ____?z=l 其中f011'11 (l，n)为组合信道响应，nn(人）为噪声。 2、时反处理的输出信号{Zni(kT)}，m= 1，…，M为： t^n-i丰m 其中，q^an)为时反处理后的组合信道响应，〇K)为噪声。 有益效果： 利用滤波多音调制技术扩展了码元符号的宽度，降低了时反处理后未压缩的多途 影响的码元范围，从而达到降低残余码间干扰，提高时反水声通信性能的目的； 由于划分的子载波通带互不重叠，阻带具有很强的抑制性，因此本专利技术比基于 0FDM的时反水声通信方法具有更强的抗频偏性能； 由于子载波间并没有设置保护频带，因此本专利技术比SongA.等提出多载波水声通 信方法具有更高的频带利用率。【附图说明】 图1发射端信息信号的调制原理图； 图2信息信号的频谱结构图； 图3发射信号的结构图； 图4接收端信息信号处理的原理图； 图5试验中，发射信号的波形及信息信号的频谱图，图5(a)发射信号的波形，图 5(b)发射的信息信号的频谱； 图6试验中，本专利技术与单载波时反水声通信方法时反处理后的组合信道响应的对 比图，图6(a)单载波时反水声通信方法的组合信道响应，图6(b)本专利技术的组合信道响应； 图7试验中，本专利技术与单载波时反水声通信方法时反和自适应均衡处理后的性能 对比图，图7(a)单载波时反水声通信方法时反处理后的性能，图7(b)单载波时反水声通信 方法自适应均衡后的性能，图7 (c)本专利技术时反处理后的性能，图7 (d)本专利技术自适应均衡后 的性能。【具体实施方式】 下面将结合附图对本专利技术做进一步详细说明。 本专利技术提供了 一种比0FDM时反水声通信方法具有更强的抗频偏性能，并且比 SongA等提出的方法具有更高的频带利用率的滤波多音调制时反水声通信方法。 为了达到上述目的，本专利技术采用的技术方案如下：在发射端，首先基于滤波多音调 制的原理将通信频带划分成带宽相同、通带互不重叠、阻带具有很强抑制性的多个子载波， 但是子载波间并不设置保护频带，随后将信息序列进行串/并转换并且调制到多个子载波 上并行传输；在接收端，首先根据滤波多音调制的原理将接收信号解调到基带，然后利用时 反和自适应均衡对基带信号中的码间干扰和噪声干扰进行抑制，均衡器输出的判决值经过 并/串转换后得到信息序列的估值。包括如下步骤： (1)将通信频带B划分为带宽相同、通带互不重叠、阻带具有较强抑制性的M个子 载波，每个子带的带宽为B/M，并且相邻子载波间并不额外的设置保护频带。 ⑵将信息序列a(nTb)进行串/并转换得到M个子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M， 然后对M个子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M进行K倍的内插，内插后的M个信号经过发 射滤波器g(kT")朴理后，被分别调制到M个子载波上，从而得到各子载波上的调制信号 (3)将M个子载波上的调制信号Xl (kT。）合并得到信息信号4K) = (吒），并利 i=l 用一个调频带宽等于通信带宽B并且时间带宽积要大于100的线性调频信号构造探测信 号，然后在探测信号和信息信号间插入保护间隔共同构成发射信号。保护间隔的时长要求 大于信道多途扩展影响的最大码元范围，以避免在接收端探测信号对信息信号产生干扰。 (4)接收端利用接收的探测信号进行帧同步，进而从接收信号中提取信息信号 r' (kT。）。然后利用M个子载波对接收的信息信号r' (kT)进行相干解调，从而得到M个 基带信息信号rm(kT。)，m= 1，…，M，M个基带信息信号rm(本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于滤波多音调制的时反水声通信方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤一：将通信频带B划分为带宽相同、通带互不重叠、阻带具有较强抑制性的M个子载波，每个子带的带宽为B/M，并且相邻子载波间并不设置保护频带；步骤二：将信息序列a(nTb)进行串/并转换得到M个子序列{ai(nT)},i＝1,…,M，对M个子序列{ai(nT)}进行K倍的内插，内插后的M个子序列经过发射滤波器g(kTc)处理后，被分别调制到M个子载波上，得到各子载波上的调制信号步骤三：将M个子载波上的调制信号xi(kTc)合并得到信息信号利用一个调频带宽等于通信带宽B并且时间带宽积大于100的线性调频信号构造探测信号，然后在探测信号和信息信号间插入保护间隔构成发射信号，保护间隔的时长大于信道多途扩展影响的最大码元范围，发射端将发射信号发射出去；步骤四：接收端进行信号接收，利用接收的探测信号进行帧同步，从接收信号中提取信息信号r′(kTc)，利用M个子载波对接收的信息信号r′(kT)进行相干解调，从而得到M个基带信息信号rm(kTc),m＝1,…,M，M个基带信息信号经过接收滤波和K倍的抽取后得到M个码元序列{ym(kT)},m＝1,…,M；步骤五：构造匹配滤波器h′m(kT),m＝1,…,M，分别对抽取后的码元序列{ym(kT)},m＝1,…,M进行时反处理，得到输出信号{zm(kT)},m＝1,…,M，匹配滤波器h′m(kT),m＝1,…,M的频域响等于各个子载波对应的传输子信道的共轭步骤六：对时反处理的输出信号分别进行自适应均衡，M个均衡器的判决值经过并/串转换后得到信息序列的估值...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：李海森，孙琳，李若，陈宝伟，周天，徐超，朱建军，杜伟东，董照琦，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江;23