專利名稱：基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制解調(diào)方法與裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，具體涉及一種抗多普勒頻移的多子帶頻率調(diào)制解調(diào)方法。
背景技術(shù)：
在無線通信系統(tǒng)中，當發(fā)送者或接收者在運動中通信時，接收者接收信號的頻率會發(fā)生變化，稱為多普勒效應，這是任何波動過程都具有的特性。多普勒頻移嚴重影響著通信的質(zhì)量。信號在傳輸?shù)倪^程中發(fā)生多普勒頻偏，在頻域上就會產(chǎn)生顯著的頻移擴散，從而在時域上引起信號時間選擇性衰落，造成接收和解調(diào)的錯誤。同時對于多載波系統(tǒng)來說，時間選擇性衰落容易破壞子載波間的正交性，從而引起子載波間干擾和在信道跟蹤時造成不準確。多普勒頻移是無線通信系統(tǒng)中普遍存在但又難以解決的問題，在水聲通信中，同樣存在著多普勒頻偏，而且更為嚴重。表1是淺海水聲信道和陸地GSM無線電信號的特性比較表 權(quán)利要求
1.一種基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制方法，其特征在于包括如下步驟 步驟1、將可利用的帶寬非均勻或均勻的分成N個子載波，每個子載波的頻率記為fk，k=0，1,2-N-I即k為0 N-I中的整數(shù)；且按0至k的次序，f0 < f！ < . . . < fk, f0作為導頻載波，對應的接收端接收到的子載波頻率分別為4，fK1，· · · , fEk ；步驟2、把要調(diào)制的比特數(shù)據(jù)按照采用的調(diào)制方式進行調(diào)制映射，將調(diào)制后的數(shù)據(jù)分成 χ組，每組包含N-I個比特，每一組數(shù)據(jù)記為符號Dxn，其中χ代表符號數(shù)，η = 1,2,…N-I 即η為1 N-I中的整數(shù)，η代表每個符號內(nèi)的比特信息；步驟3、把一個符號內(nèi)的數(shù)據(jù)分別調(diào)制到除導頻載波外的子載波 fk上，從到 fk共有N-I個載波，恰好對應一個符號的比特數(shù)，即Dxl調(diào)制到Dx2調(diào)制到f2，依次類推， Dxfrl)調(diào)制到fN_i，由于子載波是并行存在的，所以此時有N-I個同步的載波調(diào)制系統(tǒng)，最后把調(diào)制后的N-I個載波相加，得到符號載波S(t)；步驟4、將導頻載波與符號載波同時發(fā)送，并且在整個通信過程中保持導頻載波的持續(xù)發(fā)送。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制方法，其特征在于符號載波S (t)表達式為
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制方法，其特征在于接收端接收到的每一個符號信號都含有導頻載波；接收到的所有載波中導頻載波的頻率是最低的，在調(diào)制過程中，導頻載波的發(fā)射維持在整個通信的過程，即導頻載波的時長為整個通信時間。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制方法，其特征在于導頻載波頻率的選定由載波可用頻率范圍B和信道的最大多普勒因子確定，多普勒因子定義為
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制方法，其特征在于步驟2中，若采用的調(diào)制方式為幅度調(diào)制，則將數(shù)據(jù)映射為幅度調(diào)制的星座圖；若采用的調(diào)制方式為相位調(diào)制，則要調(diào)制成相位調(diào)制的星座圖。
6.一種基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒解調(diào)方法，其特征在于包括如下步驟 步驟一、尋找導頻，在接收端接收到的所有載波中，導頻載波的頻率仍保持最低，導頻載波即為所有接收到的載波中頻率最低的那個載波；步驟二、計算多普勒因子Atl，得到的導頻載波頻率為fK(1，發(fā)送的導頻載波頻率為&，則多普勒因子△。由下式得到 步驟三、分離各子載波，對各子載波分別進行去多普勒處理，通過掃描接收信號中包含的所有載波的頻率，并利用濾波器對各載波進行濾波，得到若干個子載波信號fKm(m <N-1)；由于各個子載波受到的多普勒因子都等于導頻載波受到的多普勒因子Δ ^，因而能對符號載波進行多普勒補償還原原載波頻率，對分離得到的所有子載波Tsm進行去多普勒計算 得到對應的消除了多普勒頻移的m個子載波f/ ；步驟四、與發(fā)射載波配對，辨別出各子載波，步驟三中得到的各載波fm'并不能與相應的原載波對應上，這是因為在實際中，Δ。的估算不可能完全準確，因此去多普勒計算后得到的各個載波頻率存在著誤差；通過查找原載波中與估算結(jié)果最接近的那個頻率，然后將兩者配對，如式(8)，fdm = min{f' fj}, i = 1,2, ...m, j = 1,2, ...N-l (8)，式中 f' i 為去多普勒后得到的子載波，A為原發(fā)射的各個子載波，Tdffl是配對后的載波，對每一個去多普勒后的載波f ‘ i，分別與原來的每個子載波fk的頻率進行比較，查找與之頻率最接近的那個子載波， 當找到頻率最接近的f'時，就將這兩個頻率配對，認為f' i是發(fā)射fk時收到的載波，通過這種方法將去多普勒后的載波與相應的原載波配對，還原出發(fā)射載波；步驟五、對配對后的各子載波進行與編碼端相對應的映射解調(diào)，即反編碼映射，得到原始信息。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒解調(diào)方法，其特征在于步驟4中還原出發(fā)射載波后，根據(jù)調(diào)制方式進行逆調(diào)制，即解調(diào)，解調(diào)的方法由調(diào)制方法確定；步驟五中反編碼映射也是編碼映射的逆過程，最后得到的數(shù)據(jù)流就是發(fā)送的信息。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒解調(diào)方法，其特征在于步驟一中，尋找導頻的方法包括a、硬件方法，通過掃頻電路，對頻率范圍[fo(1-ΔJftl(HAmax)]進行掃頻，找出最低頻率的載波，即為導頻載波，和是導頻載波頻率經(jīng)過多普勒頻移后可以達到的最小值和最大值；b、軟件方法，利用頻率范圍為[ ^α-Δ.Μ^Ι+Δ.)]的濾波器對接收到的信號進行濾波，然后通過頻譜圖在濾波后的信號中找出最低頻率的載波，即為導頻載波。
9.基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制解調(diào)裝置，其特征在于包括發(fā)射裝置和接收裝置，發(fā)射裝置包括編碼映射單元、串并轉(zhuǎn)換單元、載波相加單元、多聲納發(fā)生器、若干載波發(fā)生器和若干載波調(diào)制單元；原始比特數(shù)據(jù)流直接輸入編碼映射單元，得到編碼映射后的星座圖，由編碼映射單元輸出到串并轉(zhuǎn)換單元，串并轉(zhuǎn)換單元將串行數(shù)據(jù)流轉(zhuǎn)換為N-I 個并行的數(shù)據(jù)流；串并轉(zhuǎn)換單元與載波調(diào)制單元相連，將N-I個數(shù)據(jù)分別調(diào)制到N-I個子載波上，然后通過載波相加單元將N-I個子載波相加，組成一個符號載波，載波相加單元最后連接多聲納發(fā)生器，將信號轉(zhuǎn)換為聲波發(fā)出，同時另一個載波發(fā)生器也連接多聲納發(fā)生器， 產(chǎn)生導頻聲波；接收裝置包括聲納接收裝置、頻率測量器、重采樣單元、頻率配對單元、載波解調(diào)單元、并串轉(zhuǎn)換單元和編碼解碼單元，聲納接收裝置同時接收所有子載波和導頻信號，并轉(zhuǎn)換為電信號，與頻率測量器連接；頻率測量器檢測出頻率最低的載波，并測量其頻率；重采樣單元與頻率測量器連接，并將頻率測量器得到的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為多普勒因子，對接收信號進行重采樣；頻率配對單元將重采樣后的信號作頻率配對后，輸出到載波解調(diào)單元進行解調(diào)，得到N-I個并行數(shù)據(jù)流；接著將結(jié)果輸入并串轉(zhuǎn)換單元和編碼解碼單元，得到發(fā)送信息。
全文摘要
本發(fā)明公開了基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調(diào)制解調(diào)方法與裝置，所述調(diào)制解調(diào)方法利用了獨立的輔助導頻作多普勒頻移估算，只需通過判斷導頻的頻率即可得出多普勒因子，比傳統(tǒng)方法更為準確，同時省去了幀首尾的識別信息，使傳輸效率最大化。所述調(diào)制解調(diào)裝置包括發(fā)射裝置和接收裝置，發(fā)射裝置包括編碼映射單元、串并轉(zhuǎn)換單元、載波相加單元、多聲納發(fā)生器、若干載波發(fā)生器和若干載波調(diào)制單元；接收裝置包括聲納接收裝置、頻率測量器、重采樣單元、頻率配對單元、載波解調(diào)單元、并串轉(zhuǎn)換單元和編碼解碼單元；該裝置結(jié)構(gòu)簡單，只需簡單的電路和算法就可實現(xiàn)，部分電路可采用傳統(tǒng)調(diào)制方法的電路，成本低，具有速率高、多普勒抗性強的特點。
文檔編號H04L27/26GK102571677SQ20121004634
公開日2012年7月11日 申請日期2012年2月27日 優(yōu)先權(quán)日2012年2月27日
發(fā)明者寧更新, 樊國勇, 韋崗 申請人:華南理工大學