一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法技术

本发明专利技术提供了一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，该直接序列扩频调制方法将互补序列对作为直接序列扩频调制的伪随机序列，引入水声通信，利用其构造的零相关窗内理想相关函数，实现比普通的有限长随机序列具有更好的多途抑制能力，能够完全抑制水声扩频通信中的多途干扰；根据实际需要，可选择两种“互补序列”对的组合方法构造直接序列扩频调制的伪随机序列：采用时分正交组合方式能够降低发射占空比，从而起到冷却功率放大器的作用，这种信号采用正交解调时对载波相位不敏感，不需要精确的载波相位同步；采用载波相位正交组合方式的信息发射效率同普通的m序列、Gold序列等伪随机序列扩频调制一致，在信噪比较高时，该方式的解调误码率较好。

【技术实现步骤摘要】
一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法
本专利技术属于水声扩频通信
，尤其涉及一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法。
技术介绍
在水声通信中，多途效应引起的符号间干扰（ISI）是限制信息传输速率的主要原因。对此，通过利用直接序列扩频调制不仅能提高信号的传输距离，还可根据PRN码尖锐的自相关特性，对延时大于一个扩频码片的多途信号有很强的抑制作用。因此，基于DSSS调制体制的水声通信受到了广泛的研究。在DSSS调制技术中，常用的扩频码有m序列、Gold码、混沌码等。但是在工程使用中，只能将有限长度的扩频码用于信号的调制和解调。然而，由文献“WelchLR.Lowerboundsonthemaximumcross-correlationofsignals[J].IEEETransactionsInformationTheory,1974,20:397-399.”中给出的Welch界可知，对于长度有限的随机序列，不能获得理想的自相关或者互相关函数。因此，非理想的自相关和互相关使得扩频系统不能完全抑制符号间干扰（ISI）和多址干扰（MAI），改善随机序列的相关特性，成为抑制多途干扰的有效手段之一。为了减小甚至消除符号间干扰（ISI）和多址干扰（MAI），在文献“Sta′nczakS.BocheH.HaardtM.AreLAS-codesamiracle?[J].GlobalTelecommunicationsConference,2001.GLOBECOM'01.IEEE,2001,1:589-593.”中给出了用于LAS-CDMA系统的LS码。该LS码是一种具有零相关窗（IFW）的“互补序列”（ComplementarySeries），在零相关窗内，“互补序列”对具有理想的自相关和互相关函数。这种扩频码的提出，主要应用于移动无线通信网络，用以减小CDMA系统的符号间干扰（ISI）和多址干扰（MAI），提高蜂窝网络的容量。
技术实现思路
本专利技术的目的在于，为解决现有的直接序列扩频调制方法不能完全抑制水声通信中多途干扰的技术问题，提供一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，该直接序列扩频调制方法将互补序列对作为直接序列扩频调制的伪随机序列，引入水声通信，利用其构造的零相关窗内理想相关函数，实现比普通的有限长随机序列具有更好的多途抑制能力。为了实现上述目的，本专利技术提供一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，该直接序列扩频调制方法包括：步骤1）构造两个满足“互补序列”对关系的序列；步骤2）将步骤1）中获得的两个序列进行正交组合生成伪随机序列，以该伪随机序列作为扩频码；步骤3）根据扩频信号的传输带宽，计算出单个扩频码码片的持续时间，根据信息传输速率，计算出单个信息码片的持续时间，然后计算出单个信息码片所对应的扩频码的码片个数；步骤4）根据步骤3）中计算的结果，将发射的信息码片按照对应个数关系分别与步骤2）中得到的伪随机序列做模2相乘运算后，组合生成复基带扩频信号；步骤5）将步骤4）中得到的复基带扩频信号和信号载波相乘并取实部，得到扩频发射信号。作为上述技术方案的进一步改进，步骤1）中生成的每个序列在连续时间域上表示为：其中，序列的长度为N，t表示时间，cn表示第n个伪随机序列的序列值，rect(·)为方波函数TC表示伪随机序列单个码片的持续时间；所述的“互补序列”对的相关函数定义为：其中，τ表示序列Ai和Aj的延时，Ai,Aj,Bi,Bj均为满足“互补序列”关系的伪随机序列，当i＝j时，上式描述自相关特性；i≠j则描述互相关特性。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤4）中发射的信息码片表示为：其中，dn表示第n个信息序列值，t表示时间，Td表示单个信息序列持续的时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5）中的信号载波表示为：其中，表示虚数单位，ω为载波角频率，为载波初始相位，t表示时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2）中正交组合生成伪随机序列采用时分方式，将两个序列按时间的先后顺序排列后，在两个序列之间加入一定长度的值为0的序列，得到的伪随机序列表示为：其中，An和Bn表示序列，W表示在两个序列之间加入的0的个数，S表示伪随机序列，其长度为2(N+W)；根据相关函数的定义，公式（5）的相关函数表示为：其中，Ai,Aj,Bi,Bj均为满足“互补序列”关系的伪随机序列，当i＝j时，上式描述自相关特性；i≠j则描述互相关特性。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5）中得到扩频发射信号表示为：其中，TC表示伪随机序列单个码片的持续时间，t表示时间，表示信息码片，和表示序列，ω为载波角频率为载波初始相位，Td表示单个信息序列持续的时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤2）中正交组合生成伪随机序列采用载波相位正交方式，将两个序列分别调至在相位相差为90度的正交载波上，得到的伪随机序列表述为：CS＝An+jBn（8）其中，An和Bn表示序列，表示虚数单位，CS表示组合后的复数形式的伪随机序列，其长度为N；根据相关函数的定义，公式（8）的相关函数为：所述相关函数的实部表示为：所述相关函数的虚部表示为：其中，Ai,Aj,Bi,Bj均为满足“互补序列”关系的伪随机序列，当i＝j时，上式描述自相关特性；i≠j则描述互相关特性。作为上述技术方案的进一步改进，所述步骤5）中得到扩频发射信号表示为：其中，TC表示伪随机序列单个码片的持续时间，t表示时间，表示信息码片，和表示序列，表示组合后的复数形式的伪随机序列，ω为载波角频率，为载波初始相位，Td表示单个信息序列持续的时间。作为上述技术方案的进一步改进，所述的“互补序列”对采用LS码。本专利技术的一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法的优点在于：本专利技术的采用“互补序列”对作为水声扩频通信中的伪随机序列，能构造出理想的自相关和互相关函数，在理论上能够完全抑制水声扩频通信中的多途干扰；提供两种“互补序列”对的组合方法，使用时可根据具体情况选择：1）时分正交组合方式：互补序列之间添加的值为0的序列可以降低发射占空比，从而起到冷却功率放大器的作用；这种信号采用正交解调时对载波相位不敏感，不需要精确的载波相位同步；在信噪比较低时，该方法的解调误码率优于方式2）；2）载波相位正交组合方式：该方法的信息发射效率同普通的m序列、Gold序列等伪随机序列扩频调制一致，比方式1）效率更高；在信噪比较高时，该方法的解调误码率优于方式1）。附图说明图1是本专利技术的一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法的流程图。图2是本专利技术中“互补序列”对采用时分方式正交组合生成伪随机序列的结构示意图。图3是本专利技术中采用时分方式正交组合生成伪随机序列的自相关函数。图4是本专利技术中采用时分方式正交组合生成伪随机序列的互相关函数。图5是本专利技术中采用载波相位正交方式正交组合生成伪随机序列的自相关函数。图6是本专利技术中采用载波相位正交方式正交组合生成伪随机序列的互相关函数。图7是本专利技术中基于时分方式得到的扩频发射信号的湖试CZT时频搜索三维图。图8是本专利技术中基于载波相位正交方式得到的扩频发射信号的湖试CZT时频搜索三维图。具体实施方式下面结合附图和实施例对本本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，所述直接序列扩频调制方法包括：步骤1）构造两个满足“互补序列”对关系的序列；步骤2）将步骤1）中获得的两个序列进行正交组合生成伪随机序列，以该伪随机序列作为扩频码；步骤3）根据扩频信号的传输带宽，计算出单个扩频码码片的持续时间，根据信息传输速率，计算出单个信息码片的持续时间，然后计算出单个信息码片所对应的从步骤2）得到的扩频码的码片个数；步骤4）根据步骤3）中计算的结果，将发射的信息码片按照对应个数关系分别与步骤2）中得到的伪随机序列做模2相乘运算后，组合生成复基带扩频信号；步骤5）将步骤4）中得到的复基带扩频信号和信号载波相乘并取实部，得到扩频发射信号。

【技术特征摘要】
1.一种抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，所述直接序列扩频调制方法包括：步骤1)构造两个满足“互补序列”对关系的序列，即两个序列互为正交序列，且其中一个序列的非周期自相关或者互相关函数与另一个序列的自相关或者互相关函数在零延时处相等，在其他地方绝对值相等，符号相反；步骤2)将步骤1)中获得的两个序列进行正交组合生成伪随机序列，以该伪随机序列作为扩频码；步骤3)根据扩频信号的传输带宽，计算出单个扩频码码片的持续时间，根据信息传输速率，计算出单个信息码片的持续时间，然后计算出单个信息码片所对应的从步骤2)得到的扩频码的码片个数；步骤4)根据步骤3)中计算的结果，将发射的信息码片按照对应个数关系分别与步骤2)中得到的伪随机序列做模2相乘运算后，组合生成复基带扩频信号；步骤5)将步骤4)中得到的复基带扩频信号和信号载波相乘并取实部，得到扩频发射信号。2.根据权利要求1所述的抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，步骤1)中生成的每个序列在连续时间域上表示为：其中，序列的长度为N，t表示时间，cn表示第n个伪随机序列的序列值，rect(·)为方波函数TC表示伪随机序列单个码片的持续时间；所述的“互补序列”对的相关函数定义为：其中，τ表示序列Ai和Aj的延时，Ai,Aj,Bi,Bj均为满足“互补序列”关系的伪随机序列，当i＝j时，上式描述自相关特性，i≠j则描述互相关特性。3.根据权利要求1所述的抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，所述步骤4)中发射的信息码片表示为：其中，dn表示第n个信息序列值，t表示时间，Td表示单个信息序列持续的时间。4.根据权利要求1所述的抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，所述步骤5)中的信号载波表示为：其中，表示虚数单位，ω为载波角频率，为载波初始相位，t表示时间。5.根据权利要求1所述的抑制水声通信中多途干扰的直接序列扩频调制方法，其特征在于，所述步骤2)中正交组合生成伪随机序列采用时分方式，将两个序列按时间的先后顺序排列后，在两个序列之间加入一定长度的值为0的序列，得到的伪随机序列表示为：其中，An...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄志全，杨宜康，李宇，张扬帆，
申请(专利权)人：中国科学院声学研究所，
类型：发明
国别省市：北京;11