基于OFDM的声波通信方法技术

本发明专利技术公开了一种基于OFDM的声波通信方法，将原始数据通过信道编码后调制成由多个OFDM符号组成的数据帧的声波信号通过扬声器发射，麦克风接收到声波信号后再经解调和信道译码后还原为原始数据，在通讯过程中，通过导频信息实现符号同步，通过插入巴克码的方式实现数据帧同步，简化了处理，误码率低，提高声波通讯的效率，推进声波通讯的发展，具有良好的应用前景。

【技术实现步骤摘要】
基于OFDM的声波通信方法
本专利技术涉及一种基于OFDM的声波通信方法，属于无线通信

技术介绍
声波频率在24kHz以下可以充分利用现有的视频音频播放设备与接收装置，无需对特殊定制的扬声器与麦克风，人耳无法轻易察觉的频率，不会对人们的日常生活产生较多影响，因此，声波通讯得到了广泛应用，但是，传统的声波通讯
，处理过程复杂，误码率比较高，抑制了声波通讯的效率，阻碍了声波通讯的发展。正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，虽然OFDM的概念已经存在了很长时间，但是直到最近，它才被人们认识到是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法，并常见于电通讯中，在声波通讯
还没有涉及，如何将正交频分复用(OFDM)技术应用在声波通讯中，以简化处理过程，减少误码率，提高通讯效率，是当前需要解决的技术问题。
技术实现思路
本专利技术的目的是为了克服传统的声波通讯，处理过程复杂，误码率比较高，抑制了声波通讯的效率，阻碍了声波通讯的发展的问题。本专利技术提供的基于OFDM的声波通信方法，简化了处理，误码率低，提高声波通讯的效率和同步性，具有良好的应用前景。为了达到上述目的，本专利技术所采用的技术方案是：一种基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，将原始数据进行信道编码，实现对原始数据进行扩展，得到扩展数据；步骤(2)，基于OFDM将信道分成若干正交子信道，包括数据信号子信道，恒定信号子信道、零功率信号子信道及巴克码信号子信道，所述数据信号子信道用于将传输的数据分到各个数据信道；所述恒定信号子信道用于固定发送信号；所述零功率信号子信道用于校正频率；所述巴克码子信道用于实现帧同步；步骤(3)，符号映射，将步骤(1)的扩展数据转换成并行的低速子数据流，并将每组低速子数据流映射为星座图，并调制到对应的子信道进行传输；步骤(4)，将所有子信道的星座图一并进行反向傅里叶变换，完成频域量向时域量的转换；步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展，得到数字音频信号；步骤(6)，将数字音频信号进行DA转换为模拟音频信号，并将模拟音频信号输入给扬声器，并通过扬声器将模拟音频信号无线传送给远端的麦克风；步骤(7)，麦克风将接收的模拟音频信号进行AD转换为数字音频信号；步骤(8)，将数字音频信号进行傅里叶变换实现解调，完成时域量向频域量的转换，得到各个子信道的星座图；步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，若捕捉成功，则执行步骤(10)；若捕捉失败，则滑动捕捉窗口，重复步骤(8)，直到捕捉成功；步骤(10)，将信道分解为若干正交子信道；步骤(11)，符号逆映射，将同步后的子信道数据转换为并行的低速子数据流，并将为并行的低速子数据流转换为步骤(1)相同的扩展数据，并进入信道进行传输；步骤(12)，对步骤(11)得到的扩展数据进行译码，将扩展数据还原为原始数据，完成声波通信。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(3)，符号映射，将每组低速子数据流转映射为星座图，转化过程为，将每组低速子数据的各个比特根据星座图分配到其对应的子信道中，通过反向傅里叶变换后的OFDM符号。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展的方法为减少在相邻的两个OFDM符号切换时的能量泄露，需要复制部分原信号延拓作为过渡区域，前一个OFDM符号的后过渡区与后一个OFDM符号的前过渡区相叠加，前、后过渡区的渐变窗函数依次为：前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：所述前过渡区与原信号之间设有保护间隔区域，所述保护间隔区为原信号尾部信号的延拓。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，设有两种捕捉情况，(1)DFT窗口的起始位置落在循环前缀内，DFT窗口所包含的抽样值为此OFDM符号内的值，则不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功；(2)DFT窗口的起始位置落在循环前缀外，DFT窗口所包含的抽样值包含了下一个OFDM符号的值，则存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：所述将DFT窗口通过滑动单元向后滑动，滑动位移的计算过程为，(1)设有IDFT单元生成信号样本的长度为L，则扩展后数据的长度为2.75L；(2)两个OFDM符号的过渡区域交叠在一起，过渡区域为0.25L，则两个OFDM符号头部的间距为2.75L-0.25L＝2.5L；(3)DFT窗口长度为L，滑动距离为2.5L/2＝1.25L。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：每个OFDM符号均设有一位巴克码，将巴克码依次存入位移寄存器，位移寄存器的长度等于巴克码的长度，当接收端的麦克风判决电平的尖锐峰值出现时，判断帧开始与结束位置，实现帧同步。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(1)，将原始数据进行信道编码，包括第一BCH编码、交织、第二BCH编码三个步骤。前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(12)，对步骤(11)得到的扩展数据进行译码，包括第一BCH译码、解交织、第二BCH译码三个步骤。本专利技术的有益效果是：本专利技术提供的基于OFDM的声波通信方法，将原始数据通过信道编码后调制成由多个OFDM符号组成的数据帧的声波信号通过扬声器发射，麦克风接收到声波信号后再经解调和信道译码后还原为原始数据，在通讯过程中，通过导频信息实现符号同步，通过插入巴克码的方式实现数据帧同步，简化了处理，误码率低，提高声波通讯的效率，推进声波通讯的发展，具有良好的应用前景。附图说明图1是本专利技术的基于OFDM的声波通信方法的流程图。图2是本专利技术的信道编码的流程图。图3是本专利技术的信道译码的流程图。图4是本专利技术的子信道用途分配示意图。图5是本专利技术的扩展数据的示意图。图6是本专利技术的DFT窗口的起始位置落在循环前缀内的同步捕捉示意图。图7是本专利技术的DFT窗口的起始位置落在循环前缀外的同步捕捉示意图。图8是本专利技术一个实施例的编码与译码的示意图。图9是本专利技术一个实施例的QPSK方式调制数据的星座图。图10是本专利技术一个实施例的信号扩展的示意图。图11是本专利技术一个实施例的同步捕捉与滑动的示意图。具体实施方式下面将结合说明书附图，对本专利技术作进一步说明。以下实施例仅用于更加清楚地说明本专利技术的技术方案，而不能以此来限制本专利技术的保护范围。如图1所示，本专利技术的基于OFDM的声波通信方法，包括以下步骤，步骤(1)，将原始数据进行信道编码，实现对原始数据进行扩展，得到扩展数据；这里的原始数据，即需要发送的信息的内容数据，可以是任何二进制数据，包括但不限于文字、图片、视频、音频等类型的数据，数字音频数据是在信号调试模块中产生，扩展是通过添加监督数据使得在通讯过程中积累的误差能够得到纠正；步骤(2)，基于OFDM将信道分成若干正交子信道，包括数据信号子信道，恒定信号子信道、零功率信号子信道及巴克码信号子信道，所述数据信号子信道用于将传输的数据分到各个数据信道；所述恒定信号子信道用于固定发送信号用于OFDM符号同步，符号同步成功，才能够正确将本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，将原始数据进行信道编码，实现对原始数据进行扩展，得到扩展数据；步骤(2)，基于OFDM将信道分成若干正交子信道，包括数据信号子信道，恒定信号子信道、零功率信号子信道及巴克码信号子信道，所述数据信号子信道用于将传输的数据分到各个数据信道；所述恒定信号子信道用于固定发送信号；所述零功率信号子信道用于校正频率；所述巴克码子信道用于实现帧同步；步骤(3)，符号映射，将步骤(1)的扩展数据转换成并行的低速子数据流，并将每组低速子数据流映射为星座图，并调制到对应的子信道进行传输；步骤(4)，将所有子信道的星座图一并进行反向傅里叶变换，完成频域量向时域量的转换；步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展，得到数字音频信号；步骤(6)，将数字音频信号进行DA转换为模拟音频信号，并将模拟音频信号输入给扬声器，并通过扬声器将模拟音频信无线传送给远端的麦克风；步骤(7)，麦克风将接收的模拟音频信号进行AD转换为数字音频信号；步骤(8)，将数字音频信号进行傅里叶变换实现解调，完成时域量向频域量的转换，得到各个子信道的星座图；步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，若捕捉成功，则执行步骤(10)；若捕捉失败，则滑动捕捉窗口，重复步骤(8)，直到捕捉成功；步骤(10)，将信道分解为若干正交子信道；步骤(11)，符号逆映射，将同步后的子信道数据转换为并行的低速子数据流，并将为并行的低速子数据流转换为步骤(1)相同的扩展数据，并进入信道进行传输；步骤(12)，对步骤(11)得到的扩展数据进行译码，将扩展数据还原为原始数据，完成声波通信。...

【技术特征摘要】
1.基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：包括以下步骤，步骤(1)，将原始数据进行信道编码，实现对原始数据进行扩展，得到扩展数据；步骤(2)，基于OFDM将信道分成若干正交子信道，包括数据信号子信道，恒定信号子信道、零功率信号子信道及巴克码信号子信道，所述数据信号子信道用于将传输的数据分到各个数据信道；所述恒定信号子信道用于固定发送信号；所述零功率信号子信道用于校正频率；所述巴克码子信道用于实现帧同步；步骤(3)，符号映射，将步骤(1)的扩展数据转换成并行的低速子数据流，并将每组低速子数据流映射为星座图，并调制到对应的子信道进行传输；步骤(4)，将所有子信道的星座图一并进行反向傅里叶变换，完成频域量向时域量的转换；步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展，得到数字音频信号；步骤(6)，将数字音频信号进行DA转换为模拟音频信号，并将模拟音频信号输入给扬声器，并通过扬声器将模拟音频信号无线传送给远端的麦克风；步骤(7)，麦克风将接收的模拟音频信号进行AD转换为数字音频信号；步骤(8)，将数字音频信号进行傅里叶变换实现解调，完成时域量向频域量的转换，得到各个子信道的星座图；步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，若捕捉成功，则执行步骤(10)；若捕捉失败，则滑动捕捉窗口，重复步骤(8)，直到捕捉成功；步骤(10)，将信道分解为若干正交子信道；步骤(11)，符号逆映射，将同步后的子信道数据转换为并行的低速子数据流，并将为并行的低速子数据流转换为步骤(1)相同的扩展数据，并进入信道进行传输；步骤(12)，对步骤(11)得到的扩展数据进行译码，将扩展数据还原为原始数据，完成声波通信；所述步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展的方法为减少在相邻的两个OFDM符号切换时的能量泄露，需要复制部分原信号延拓作为过渡区域，前一个OFDM符号的后过渡区与后一个OFDM符号的前过渡区相叠加，前、后过渡区的渐变窗函数依次为：

【专利技术属性】
技术研发人员：陈景竑，陈相宁，冯静衠，
申请(专利权)人：陈景竑，
类型：发明
国别省市：江苏;32