一種基于濾波多音調制的時反水聲通信方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于水聲通信領域，尤其涉及一種具有高可靠性的基于濾波多音調制的時 反水聲通信方法。
【背景技術】
[0002] 高速時反水聲通信是近年來時反水聲通信領域的研究熱點。通信速率的提高降低 了碼元的寬度，增加了單載波時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、增加了自適應均衡的運算復雜度。為了降低多途擴展的影響，可以將多載波技 術與時反技術相結合。中國專利CN201210008467. 1提出了一種基于時反和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比較嚴重，因此為了保證一個符號內子 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致基于0FDM技術的 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雜頻偏補償技術。為 了克服0FDM時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 護頻帶，因此該方法抗頻偏的能力較強，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)技術進行頻偏補償，但是由于該方法中使用了保護帶寬，因此與單載波時反 水聲通信方法相比，該方法的頻帶利用率會降低。

【發(fā)明內容】

[0003] 本發(fā)明的目的是提供一種抗頻偏性能強、頻帶利用率高的，基于濾波多音調制的 時反水聲通信方法。
[0004] -種基于濾波多音調制的時反水聲通信方法，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置保護頻帶；
[0006] 步驟二：將信息序列a(nTb)進行串/并轉換得到M個子序列{ai(nT)}，i =1，…，M，對M個子序列{ai(nT)}進行K倍的內插，內插后的M個子序列經(jīng)過發(fā) 射濾波器g(kT。）處理后，被分別調制到M個子載波上，得到各子載波上的調制信號
[0007] 步驟三：將M個子載波上的調制信號Xl(kT。）合并得到信息信號4吒）=1>,(巧）， i=l 利用一個調頻帶寬等于通信帶寬B并且時間帶寬積大于100的線性調頻信號構造探測信 號，然后在探測信號和信息信號間插入保護間隔構成發(fā)射信號，保護間隔的時長大于信道 多途擴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：接收端進行信號接收，利用接收的探測信號進行幀同步，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)進行相干解調，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;
[0009] 步驟五：構造匹配濾波器h'JkThm= 1，…，M，分別對抽取后的碼元序 列{ym (kT)}，m= 1，…，M進行時反處理，得到輸出信號{zm (kT)}，m= 1，…，M，匹配 濾波器h'JkThmi1，…，M的頻域響等于各個子載波對應的傳輸子信道的共輒 Hm (〇;),//? -:M |
[0010] 步驟六：對時反處理的輸出信號分別進行自適應均衡，M個均衡器的判決值 料(#)}，，= 1，...W經(jīng)過并/串轉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制的時反水聲通信方法，還可以包括：
[0012] 1、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，
[0013] ____
?z=l
[0014] 其中f011'11 (l，n)為組合信道響應，nn(人）為噪聲。
[0015] 2、時反處理的輸出信號{Zni(kT)}，m= 1，…，M為：
[0016] t^n-
i豐m
[0017] 其中，q^an)為時反處理后的組合信道響應，〇K)為噪聲。
[0018] 有益效果：
[0019] 利用濾波多音調制技術擴展了碼元符號的寬度，降低了時反處理后未壓縮的多途 影響的碼元范圍，從而達到降低殘余碼間干擾，提高時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，阻帶具有很強的抑制性，因此本發(fā)明比基于 0FDM的時反水聲通信方法具有更強的抗頻偏性能；
[0021] 由于子載波間并沒有設置保護頻帶，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)射端信息信號的調制原理圖；
[0023] 圖2信息信號的頻譜結構圖；
[0024] 圖3發(fā)射信號的結構圖；
[0025] 圖4接收端信息信號處理的原理圖；
[0026] 圖5試驗中，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試驗中，本發(fā)明與單載波時反水聲通信方法時反處理后的組合信道響應的對 比圖，圖6(a)單載波時反水聲通信方法的組合信道響應，圖6(b)本發(fā)明的組合信道響應；
[0028] 圖7試驗中，本發(fā)明與單載波時反水聲通信方法時反和自適應均衡處理后的性能 對比圖，圖7(a)單載波時反水聲通信方法時反處理后的性能，圖7(b)單載波時反水聲通信 方法自適應均衡后的性能，圖7 (c)本發(fā)明時反處理后的性能，圖7 (d)本發(fā)明自適應均衡后 的性能。
【具體實施方式】
[0029] 下面將結合附圖對本發(fā)明做進一步詳細說明。
[0030] 本發(fā)明提供了 一種比0FDM時反水聲通信方法具有更強的抗頻偏性能，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制時反水聲通信方法。
[0031] 為了達到上述目的，本發(fā)明采用的技術方案如下：在發(fā)射端，首先基于濾波多音調 制的原理將通信頻帶劃分成帶寬相同、通帶互不重疊、阻帶具有很強抑制性的多個子載波， 但是子載波間并不設置保護頻帶，隨后將信息序列進行串/并轉換并且調制到多個子載波 上并行傳輸；在接收端，首先根據(jù)濾波多音調制的原理將接收信號解調到基帶，然后利用時 反和自適應均衡對基帶信號中的碼間干擾和噪聲干擾進行抑制，均衡器輸出的判決值經(jīng)過 并/串轉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額外的設置保護頻帶。
[0033] ⑵將信息序列a(nTb)進行串/并轉換得到M個子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M， 然后對M個子序列{ai(nT)}，i= 1，…，M進行K倍的內插，內插后的M個信號經(jīng)過發(fā) 射濾波器g(kT")樸理后，被分別調制到M個子載波上，從而得到各子載波上的調制信號
[0034] (3)將M個子載波上的調制信號Xl (kT。）合并得到信息信號4K) = (吒），并利 i=l 用一個調頻帶寬等于通信帶寬B并且時間帶寬積要大于100的線性調頻信號構造探測信 號，然后在探測信號和信息信號間插入保護間隔共同構成發(fā)射信號。保護間隔的時長要求 大于信道多途擴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行幀同步，進而從接收信號中提取信息信號 r' (kT。）。然后利用M個子載波對接收的信息信號r' (kT)進行相干解調，從而得到M個 基帶信息信號rm(kT。)，m= 1，…，M，M個基帶信息信號rm(kT。)，m= 1，…，M經(jīng)過接收濾波 和K倍的抽取后得到M個碼元序列{ym (kT)}，m= 1，…，M。
[0036] (5)利用估計的信道響應構造匹配濾波器h'JkThm= 1，…，M，分別對抽取 后的碼元序列氏0^)}，!11= 1，…，M進行時反處理。在沒有信道估計誤差的情況下， 匹配濾波器h'JkThmi1，…，M的頻域響等于各個子載波對應的傳輸子信道的共輒 Hm (〇;),(? ：〇
[0037] (6)對時反處理的輸出信號{zn(kT)},m= 1,…，M分別進行自適應均衡，M個均衡 器的判決值伊,:(》項，〃=1，...，財經(jīng)過并/串轉換后得到信息序列的估值蜘沿。
[0038] 為了使本發(fā)明的技術內容、特征、優(yōu)點更加明顯易懂，以下實施例將結合附圖對本 發(fā)明作進一步的說明。
[0039] 1?信息序列的調制
[0040] 由于基帶通信模型與頻帶通信模型是等價的，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/并轉換 后得到M個并行的子序列ani(nT)，m= 1，…，M，所有子序列經(jīng)過K倍的內插以及發(fā)射濾波 后，被分別調制到M個子載波上，合并調制后的信號得到發(fā)射的信息信號
[0041]
(1)
[0042] 式中g(kT。）為的發(fā)射濾波器G(?)的時域響應，!；=T/K為經(jīng)過K倍的內插處理 后的碼元間隔，為了便于表達，以下分析中T。均被省略。
[0043] 理想情況下，發(fā)射濾波器應為理想低通濾波器，但是理想