一种频域分集水声通信调制解调器制造技术

一种频域分集水声通信调制解调器包括发射部分和接收部分，发射部分由符号映射模块(101)、PN组块模块(102)、信号组帧模块(103)、数模转换模块(104)、功率放大器(105)、发射换能器(106)依次连接组成；接收部分由接收水听器(107)、多通道处理模块(108)、频域分集合并模块(109)、IFFT变换模块(110)、符号判决模块(111)依次连接组成。本实用新型专利技术利用快速傅里叶变换(FFT)计算最大比分集接收调制解调器的均衡器系数，大幅度降低系统复杂度，同时最大限度利用空间分集接收增益，对未来我国水下信息网络建设和部署过程中具有重要意义。

【技术实现步骤摘要】

本技术公开了一种频域分集水声通信调制解调器，特别涉及一种采用伪随机码(PN)导频前缀的单载波分块传输频域分集水声通信调制解调器。
技术介绍
随着国家海洋权益的不断拓展，水声通信在国防建设中的重要战略意义日益突出。水声通信是保障现代海军遂行各种作战任务的主要手段之一，在水雷远程遥控、潜艇通信、蛙人通信等领域应用十分广泛。水声通信调制解调器是进行水下信息传输的基础。由于声波在水中的传播传播速度约为1500m/s，比电磁波传播速度小五个数量级，导致水声信道多径时延扩展和多普勒效应远大于空中无线传播环境，空-时-频三维中时变特性复杂，高速水声通信调制解调器设计难度加大。分集接收技术是提高水声通信系统性能的常用方法。目前，相关研究多在时域进行等增益合并或者是针对正交频分复用(OFDM)水声通信系统展开，时域处理方法计算复杂度高，信道估计和均衡参数选择十分复杂；OFDM水声通信技术的计算复杂度低，但其峰均比(PAPR)高，载波频率偏移对系统性能影响大。单载波分块传输(SCBT)技术具有计算复杂度低，对于频率偏移不敏感，峰均比适中的优点，是中近程高速水声通信的一种有效传输手段。利用水下多阵元接收带来的空间分集增益，研制适合于高速SCBT水声通信的低复杂度、高稳健性调制解调器，对于未来高速水下通信网建设和部署具有重要意义。
技术实现思路
基于上述分析，本技术公开一种单载波分块传输(SCBT)频域分集水声通信调制解调器，包括发射部分和接收部分，其特征在于：发射部分由符号映射模块101、PN组块模块102、信号组帧模块103、数模转换模块104、功率放大器105、发射换能器106依次连接组成；其中符号映射模块101将输入的特定信号时长的0、1数据进行分组，按照数据分组进行符号调制，并将调制符号送至PN组块模块102；PN组块模块102将PN序列插入到调制数据之后，形成数据分组结构，PN组块模块102将数据分组结构输出至信号组帧模块103；信号组帧模块103将数据分组结构的多个数据分块组成一个数据帧，其帧结构包括线性调频LFM信号、保护间隔、PN导频、数据，其中LFM信号主要用于帧同步和符号同步，保护间隔的作用是防止LFM信号对传输数据造成码间串扰，信号组帧模块103将数据帧输出至数模转换模块104；数模转换模块104将信号组帧模块103生成的组帧信号调制到载频，并进行数模转换，将数字信号转换为模拟信号以声信号形式进行传输，数模转换模块104将声信号输出至声信号输入功率放大器105；声信号输入功率放大器105用于完成声信号的放大；发射换能器106用于完成声信号的调制解调，然后将解调后的声信号送入水声信道；接收部分由接收水听器107、多通道处理模块108、频域分集合并模块109、IFFT变换模块110、符号判决模块111依次连接组成；接收水听器107包含K个阵元，K的数量根据具体需要进行选择，每个阵元在接收到水声信道传输的声信号后，进行模数转换，将接收声信号转换为数字信号然后送入多通道处理模块108；多通道处理模块108由K个单通道处理模块1081-108K组成，分别对应处理接收水听器107的K个阵元接收采样后的数字信号，其将K个阵元接收的过采样信号进行适当的帧同步和符号同步，转换为符号速率采样数据，并进行相应的信号处理，然后将处理过的数字采样信号送入频域分集合并模块109中；频域分集合并模块109根据各单通道处理模块1081-108K输出的信道频域冲激响应值的大小，对各单通道处理模块1081-108K输出的频域信号进行最大比合并并形成合并数据，最大程度利用多阵元接收带来的空间增益，频域分集合并模块109将合并数据输出至IFFT变换模块110；IFFT变换模块110将频域分集合并模块109输出的结果进行IFFT变换，转换到时域，并将该时域信号输出至符号判决模块111；符号判决模块111根据符号调制星座图，对IFFT变换模块110输出的时域信号进行判决处理，并转换为0，1数据输出。在本专利技术的一个实施例中，K个单通道处理模块1081-108K分别对各自阵元接收的数据进行帧同步和符号同步，并利用前缀PN序列的末尾少部分接收采样值，进行水声信道冲激响应值和噪声方差的估计。在本专利技术的一个具体实施例中，2≤K≤10。在本专利技术的一个实施例中，K个单通道处理模块1081-108K的结构是相同的，其中每一个单通道处理模块1081-108K均包括同步模块10811、PN前缀提取模块10812、数据分组提取模块10813、信道估计模块10814、FFT变换模块10815；单通道处理模块1081-108K的输入信号首先进入同步模块10811，同步模块10811利用数据帧中的LFM信号完成帧同步和符号同步，同步模块10811的输出兵分两路，一路进入PN前缀提取模块10812，PN前缀提取模块10812提取同步后的接收数据中前一个分块的PN序列数据，将其输出至信道估计模块10814，信道估计模块10814利用接收PN序列末尾部分数据进行信道估计和噪声方差估计，并将信道估计值末尾补零到分块长度然后输出至FFT变换模块10815；另一路数据输入数据分组提取模块10813，数据分组提取模块10813提取当前分块数据后，将其输出至FFT变换模块10815；FFT变换模块10815将信道估计模块10814和数据分组提取模块输入10813的数据以分块长度进行FFT变换，获取频域信号和信道频域冲激响应值。本技术所公开的频域分集接收机能够最大限度利用水下多阵元接收带来的空间增益，提高系统误码率性能，同时，利用快速傅里叶变换(FFT)计算频域最大比分集接收均衡器的参数，可有效降低传统时域接收机的复杂度。本技术所公开的频域分集接收机具有实现简单，复杂度低的优点，适合于中、近程高速水声通信，其优势主要包括：(1)采用单载波体制进行信号传输，峰均比低、频率偏移不敏感，换能器线性范围要求低；(2)利用FFT计算频域最大比分集接收均衡器系数，实现复杂度低；(3)按照最大比准则在频域进行分集接收，可最大限度利用多阵元接收带来的空间增益。附图说明图1是本技术的系统框图；图2是图1所示PN组块模块的数据分块结构；图3是图1中单通道处理模块的结构图；图4是图1所示符号映射模块输入信号的数据帧结构。具体实施方式为使本技术的目的、技术方案以及优势更加明晰，下面结合附图和实施例，对本技术进行进一步详细说明。如图1所示，本技术的发射部分由符号映射模块101、PN组块模块102、信号组帧模块103、数模转换模块104、功率放大器模块105、发射换能器模块106顺次连接组成。符号映射模块101输入的特定信号时长的0、1数据进行分组，按照数据分组进行符号调制，并将调制符号送至PN组块模块102。PN组块模块102将PN序列插入到调制数据之后，并形成如图2所示的数据分组结构。该数据分组结构第i-1个数据分块插入的PN序列不仅是第i-1个数据分块的组成部分，同时还作为第i个分块的循环前缀，可以将发射信号与水声信道的线性卷积，转换为循环卷积，便于接收部分利用快速傅里叶变换(FFT)进行频域处理。PN组块模块102将数据分组结构输出至信号组帧模块103。信号组本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种频域分集水声通信调制解调器，包括发射部分和接收部分，其特征在于：发射部分由符号映射模块(101)、PN组块模块(102)、信号组帧模块(103)、数模转换模块(104)、功率放大器(105)、发射换能器(106)依次连接组成；其中符号映射模块(101)将输入的特定信号时长的0、1数据进行分组，按照数据分组进行符号调制，并将调制符号送至PN组块模块(102)；PN组块模块(102)将PN序列插入到调制数据之后，形成数据分组结构，PN组块模块(102)将数据分组结构输出至信号组帧模块(103)；信号组帧模块(103)将数据分组结构的多个数据分块组成一个数据帧，其帧结构包括线性调频LFM信号、保护间隔、PN导频、数据，其中LFM信号主要用于帧同步和符号同步，保护间隔的作用是防止LFM信号对传输数据造成码间串扰，信号组帧模块(103)将数据帧输出至数模转换模块(104)；数模转换模块(104)将信号组帧模块(103)生成的组帧信号调制到载频，并进行数模转换，将数字信号转换为模拟信号以声信号形式进行传输，数模转换模块(104)将声信号输出至声信号输入功率放大器(105)；声信号输入功率放大器(105)用于完成声信号的放大；发射换能器(106)用于完成声信号的调制解调，然后将解调后的声信号送入水声信道；接收部分由接收水听器(107)、多通道处理模块(108)、频域分集合并模块(109)、IFFT变换模块(110)、符号判决模块(111)依次连接组成；接收水听器(107)包含K个阵元，K的数量根据具体需要进行选择，每个阵元在接收到水声信道传输的声信号后，进行模数转换， 将接收声信号转换为数字信号然后送入多通道处理模块(108)；多通道处理模块(108)由K个单通道处理模块(1081‑108K)组成，分别对应处理接收水听器(107)的K个阵元接收采样后的数字信号，其将K个阵元接收的过采样信号进行适当的帧同步和符号同步，转换为符号速率采样数据，并进行相应的信号处理，然后将处理过的数字采样信号送入频域分集合并模块(109)中；频域分集合并模块(109)根据各单通道处理模块(1081‑108K)输出的信道频域冲激响应值的大小，对各单通道处理模块(1081‑108K)输出的频域信号进行最大比合并并形成合并数据，最大程度利用多阵元接收带来的空间增益，频域分集合并模块(109)将合并数据输出至IFFT变换模块(110)；IFFT变换模块(110)将频域分集合并模块(109)输出的结果进行IFFT变换，转换到时域，并将该时域信号输出至符号判决模块(111)；符号判决模块(111)根据符号调制星座图，对IFFT变换模块(110)输出的时域信号进行判决处理，并转换为0，1数据输出。...

【技术特征摘要】
1.一种频域分集水声通信调制解调器，包括发射部分和接收部分，其特征在于：发射部分由符号映射模块(101)、PN组块模块(102)、信号组帧模块(103)、数模转换模块(104)、功率放大器(105)、发射换能器(106)依次连接组成；其中符号映射模块(101)将输入的特定信号时长的0、1数据进行分组，按照数据分组进行符号调制，并将调制符号送至PN组块模块(102)；PN组块模块(102)将PN序列插入到调制数据之后，形成数据分组结构，PN组块模块(102)将数据分组结构输出至信号组帧模块(103)；信号组帧模块(103)将数据分组结构的多个数据分块组成一个数据帧，其帧结构包括线性调频LFM信号、保护间隔、PN导频、数据，其中LFM信号主要用于帧同步和符号同步，保护间隔的作用是防止LFM信号对传输数据造成码间串扰，信号组帧模块(103)将数据帧输出至数模转换模块(104)；数模转换模块(104)将信号组帧模块(103)生成的组帧信号调制到载频，并进行数模转换，将数字信号转换为模拟信号以声信号形式进行传输，数模转换模块(104)将声信号输出至声信号输入功率放大器(105)；声信号输入功率放大器(105)用于完成声信号的放大；发射换能器(106)用于完成声信号的调制解调，然后将解调后的声信号送入水声信道；接收部分由接收水听器(107)、多通道处理模块(108)、频域分集合并模块(109)、IFFT变换模块(110)、符号判决模块(111)依次连接组成；接收水听器(107)包含K个阵元，K的数量根据具体需要进行选择，每个阵元在接收到水声信道传输的声信号后，进行模数转换，将接收声信号转换为数字信号然后送入多通道处理模块(108)；多通道处理模块(108)由K个单通道处理模块(1081-108K)组成，分别对应处理接收水听器(107)的K个阵元接收采样后的数字信号，其将K个阵元接收的过采样信号进行适当的帧同步和符号同步，转换为符号速率采样数据，并进行相应的信号处理，然后将处理过的数字采样信号送入频域分集合并模块(109)中；频域分集合并模块(109)根据各单通道处理模块(1081-108K)输出的信道频域冲激响应值的大小，对各单通道处理模块(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：孟庆微，任清华，关志军，王刚，冯奎胜，马润年，赵军，崔捷，赵佩林，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军工程大学，
类型：新型
国别省市：陕西;61