【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及的是水聲通信方法，具體涉及一種水聲時變信道下的一種多載波調制水聲通信方法。
技術介紹
水聲信道是水聲通信技術遠遠落后于陸地無線通信技術的最大障礙，水聲信道通常表現為嚴重的多途擴展和多普勒擴展。由于水中聲波傳輸速度較慢，當通信雙方存在相對運動時，會使接收信號發生壓縮和擴張，產生多普勒頻偏，而多途擴展使得相干多途信號到達接收端時會產生符號間干擾(ISI)。時間反轉技術是根據聲波的收發互易原理時不變介質中波傳播特性及線性波動方程的時反不變性原理推到形成的。在信道是先驗未知的情況下，利用信道本身恢復擴展了原發射信號，是一種利用環境物理特性實現通信的信號處理方法。在水聲通信中，信道的多途擴展經常會造成較為嚴重的碼間干擾，然而時間反轉可以看成是完成了一個信道沖擊響應的時空匹配濾波，這與傳統接收及系統中的匹配濾波不同，這個過程是利用海洋自身完成的匹配濾波，是一種有效的減少碼間干擾(ISI)的途徑。傳統OFDM技術采用非相干解調，需要對信道參數進行估計，并且由于水聲信道的時變性，需要設計極度復雜的均衡器。OFDM是一種無線環境下的高速傳輸技術。無線信道的頻率響應曲線大多是非平坦的，而OFDM技術的主要思想就是在頻域內將給定信道分成許多正交的子信道。在每個子信道上使用一個子載波進行調制，并且各子載波并行傳輸。這樣，盡管總的信道是非平坦的，具有頻率選擇性，但是每個子信道是相對平坦的，在每個子信道上進行的是窄帶傳輸，信號帶寬小于信道的相干帶寬，因此就可以大大消除信號波形間的干擾。由于在OFDM系統中各個子信道的載波相互正交，它們的頻譜是互相重疊的，這樣不但減小了...
【技術保護點】
一種基于時間反轉技術的OFDM?MFSK水聲通信方法，其特征是包括如下步驟：步驟1A：通信發射端采用LDPC碼將二進制信息比特流進行信道編碼，對編碼后的信息比特流進行交織，然后對交織后得到的符號流進行OFDM?MFSK映射、或者OFDM?MFSK和OFDM?MFSK?DPSK混合映射得到映射后的符號流x(i)，然后將所述符號流x(i)調制到子載波上得到信號s(t)，通信發射端將信號s(t)發射出去；步驟1B：通信發射端在發射信號s(t)前發射一個探測信號p(t)；步驟2：探測信號p(t)被接收端接收到后為pr(t)，符號流對應的信號s(t)被接收端接收到后為sr(t)；通過接收到的探測信號pr(t)構造預處理器，然后將接收到的信號sr(t)經過該預處理器后得到輸出信號r1(t)，將所述輸出信號r1(t)再與探測信號p(t)進行卷積運算、完成被動時反過程，對輸出信號r1(t)與探測信號p(t)進行卷積運算輸出的信號進行解調得到離散符號流步驟3：將離散符號流經過并串轉換后輸入解映射器，解映射器通過解符號映射得到編碼比特流，再通過譯碼器對編碼比特流進行譯碼得到最終的信息比特。
【技術特征摘要】
1.一種基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是包括如下步驟：步驟1A：通信發射端采用LDPC碼將二進制信息比特流進行信道編碼，對編碼后的信息比特流進行交織，然后對交織后得到的符號流進行OFDM-MFSK映射、或者OFDM-MFSK和OFDM-MFSK-DPSK混合映射得到映射后的符號流x(i)，然后將所述符號流x(i)調制到子載波上得到信號s(t)，通信發射端將信號s(t)發射出去；步驟1B：通信發射端在發射信號s(t)前發射一個探測信號p(t)；步驟2：探測信號p(t)被接收端接收到后為pr(t)，符號流對應的信號s(t)被接收端接收到后為sr(t)；通過接收到的探測信號pr(t)構造預處理器，然后將接收到的信號sr(t)經過該預處理器后得到輸出信號r1(t)，將所述輸出信號r1(t)再與探測信號p(t)進行卷積運算、完成被動時反過程，對輸出信號r1(t)與探測信號p(t)進行卷積運算輸出的信號進行解調得到離散符號流步驟3：將離散符號流經過并串轉換后輸入解映射器，解映射器通過解符號映射得到編碼比特流，再通過譯碼器對編碼比特流進行譯碼得到最終的信息比特。2.根據權利要求1所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是：步驟1A中對交織后得到的符號流cMFSK進行OFDM-MFSK映射，對映射完的符號流x(i)進行串并轉換得到對應的符號流x′(i)；對串并轉換后的符號流x′(i)進行離散傅里葉逆變換；對經過離散傅里葉逆變換調制到相應子載波上的符號流加入零前綴；對加入零前綴后的符號流進行并串變換，然后將變換后的符號流s(t)發射出去。3.根據權利要求1所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是：步驟1A中對交織完的符號流cMFSK通過OFDM-MFSK和OFDM-MFSK-DPSK調制進行符號映射，得到OFDM頻率映射符號xMFSK(i)和相位映射符號xDPSK(i)，i為OFDM符號的序號；然后將符號xMFSK(i)和xDPSK(i)結合得到符號流x(i)；對映射完的符號流x(i)進行串并轉換，得到對應的符號流x′(i)；對串并轉換后的符號流x′(i)進行離散傅里葉逆變換；對經過離散傅里葉逆變換調制到相應子載波上的符號流加入零前綴；對加入零前綴后的符號流進行并串變換、然后將變換后的符號流s(t)發射出去。4.根據權利要求2或3所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是：所述對串并轉換后的符號流x′(i)進行離散傅里葉逆變換具體包括：將信道劃分為N個子載波，分成N/M組，每組子載波包含M個頻點，M個頻點滿足信號的正交性；把符號流x′(i)調制到所述的M個頻點中的一個，其余M-1個頻點不分配任何符號，由以下公式表示；其中，j表示虛數；e表示自然對數的底數；A是載波的幅度；分別表示載波的相位。5.根據權利要求1、2或3所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是步驟2具體包括：接收端接收到的探測信號pr(t)表示為其中，h(t)是信道的沖擊響應、np(t)為探測信號的干擾噪聲；接收端接收到的符號流對應的信號sr(t)表示為其中，ns(t)為符號流對應信號的干擾噪聲；所述通過接收到的探測信號pr(t)構造預處理器是將接收到的探測信號pr(t)進行時間反轉得到pr(-t)，并將pr(-t)作為預處理器；所述將接收到的信號sr(t)經過該預處理器后得到輸出信號r1(t)是指將接收到的符號流對應信號sr(t)通過預處理器pr(-t)，輸出的信號為r1(t)=sr(t)×pr(-t)=[s(t)⊗h(t)+ns(t)]⊗[p(-t)⊗h(-t)+np(-t)]=s(t)⊗p(-t)⊗h(t)⊗h(-t)+n1(t)]]>其中，為噪聲干擾項；為時間反轉信道；當的相關峰高于旁瓣時、將其近似為δ函數，δ函數是只在零點位置有值、其余位置為零的一個函數，則預處理器輸出的信號為r1(t)≈s(t)⊗p(-t)⊗δ(t)+n1(t).]]>6.根據權利要求4所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是步驟2具體包括：接收端接收到的探測信號pr(t)表示為其中，h(t)是信道的沖擊響應、np(t)為探測信號的干擾噪聲；接收端接收到的符號流對應的信號sr(t)表示為其中，ns(t)為符號流對應信號的干擾噪聲；所述通過接收到的探測信號pr(t)構造預處理器是將接收到的探測信號pr(t)進行時間反轉得到pr(-t)，并將pr(-t)作為預處理器；所述將接收到的信號sr(t)經過該預處理器后得到輸出信號r1(t)是指將接收到的符號流對應信號sr(t)通過預處理器pr(-t)，輸出的信號為r1(t)=sr(t)⊗pr(-t)=[s(t)⊗h(t)+ns(t)]⊗[p(-t)⊗h(-t)+np(-t)]=s(t)⊗p(-t)⊗h(t)⊗h(-t)+n1(t)]]>其中，為噪聲干擾項；為時間反轉信道；當的相關峰高于旁瓣時、將其近似為δ函數，δ函數是只在零點位置有值、其余位置為零的一個函數，則預處理器輸出的信號為r1(t)≈s(t)⊗p(-t)⊗δ(t)+n1(t).]]>7.根據權利要求1、2或3所述的基于時間反轉技術的OFDM-MFSK水聲通信方法，其特征是：步驟3中將離散符號流經過并串轉換得到然后采用迭代方法進行解映射；所述解映射包括：利用接收到的符號流計算每一位的可靠性信息，可靠性信息以對數似然比作為度量；將對數似然比信息值經過解交織后送到譯碼器，譯碼器利用編碼約束條件提高每個編碼比特的可靠性；而后，將經過迭代譯碼提高可靠性后的對數似然比信息重新交織，將重新交織后對應的再次送回到解映射器；解映射器和譯碼器通過不斷地交換信息并反復迭代；最后對信息比特流進行應判決得到最終的比特流；步驟3中所述的解映射器和譯碼器通過不斷地交換信息并反復迭代的過程包括以下步驟：當得到重新交織對數似然比信息后對應的時，通信發射端發送信息比特流b的每個編碼比特記為bi，通信發射端發送bi的條件概率為L(bi|x~D(i))=ln(P(bi=0|x~D(i))P(bi=1|x~D(i)))]]>P(bi=0|x~D(i))=Σai∈Sj0P(xD=ai|x~c)]]>P(bi=1|x...
【專利技術屬性】
技術研發人員：張友文，孫大軍，劉松，吳騰飛，洪小平，李思博，王鵬，王迪雅，
申請(專利權)人：哈爾濱工程大學，
類型：發明
國別省市：黑龍江;23
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