从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机制造技术

本发明专利技术公开了一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，该全双工水声通信机包括发射单元和接收单元，其中发射单元包括调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器，接收单元包括接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器。接收端在接收远来信号的同时会受到近端本地发射信号的干扰，从而无法获得正确的解调信号，本发明专利技术选择在模拟领域消除干扰的方法消除干扰，能够消除一部分的自干扰。再进一步采用数字领域消除干扰，彻底避免自干扰和码间串扰。本发明专利技术从模拟领域和数字领域消除干扰，从真正意义上实现带内全双工水声通信。

In band full duplex underwater acoustic communication machine for suppressing interference from digital field and Analog Field

The invention discloses a band full duplex acoustic communication machine from a digital and analog domain interference suppression, the full duplex acoustic communication machine comprises a transmitting and receiving unit, the transmitting unit includes a modulator, digital to analog converter, power amplifier, transducer, receiver unit comprises a receiving hydrophone, low noise amplifier, analog-to-digital converter demodulator. The receiver at the receiving signal at the same time will be far to near end interference local emission signal, thus unable to obtain the correct signal demodulation, the invention selects the method to eliminate the interference elimination of interference in the simulation field, can eliminate the self interference part. Further more, the digital field is used to eliminate interference and completely avoid self interference and intersymbol interference. The invention eliminates interference from analog field and digital field, and realizes full duplex underwater acoustic communication in real sense.

【技术实现步骤摘要】
从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机
本专利技术属于全双工水声通信领域，涉及一种从模拟领域和数字领域消除多径干扰和本地发射干扰的水声通信机。
技术介绍
水声通信是监测海洋环境、探索海洋资源的重要方法。但是，在水声通信中存在着许多的挑战，由于声音的传输速度慢，存在很大的延时，水声信道的窄带宽限制了水声通信系统。在浅海领域，全双工通信机有两种类型的干扰，一种是来自本地传输的自干扰，另一种则是由于海表面和海底反射造成的多径干扰。这些干扰会极大的影响全双工水声通信机的性能。目前水声全双工通信主要采用了频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)两种方式。但是实际上频分多址方式并不是带内全双工通信，而是牺牲了频谱效率以获得时间效率，码分多址方式由于带宽的限制也并不能像带内全双工那样提高频谱效率。如文献1：G.Qiao,S.Liu,Z.Sun,andF.Zhou,“Full-duplex,multi-userandparameterreconfigurableunderwateracousticcommunicationmodem,”inProc.2013Oceans,pp.1-8.文献2：J.Zhang,X.Ma,G.Qiao,andC.Wang,“Afull-duplexbasedprotocolforunderwateracousticcommunicationnetworks,”inProc.2013Oceans,pp.1-6。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对现有技术的不足，提供一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，从真正意义上实现带内全双工水声通信。本专利技术的目的是通过以下技术方案来实现的：一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括依次连接的调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器；所述接收单元包括依次连接的接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器；该通信机还包括在模拟域消除自干扰的衰减器、延迟器和移相器，近端发射信号依次经过衰减器、延迟器、移相器，进行幅度、时延、相位的调整后，重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，抑制自干扰信号；进一步地，在数字领域的干扰消除，经过模拟域消除后的接收信号经过模数转换、去循环前缀、快速傅里叶变换后得到数字频域接收信号，然后进行自干扰信道估计，根据信道估计值和频域发射信号得到频域自干扰重建信号，最后在频域接收信号中减去自干扰重建信号，得到数字自干扰抑制后的信号。其中信号处理流程为：模拟域重建信号：rc(t)＝ac(t)·rt(t-τc)；模拟域自干扰抑制后的接收信号：sa(t)＝rr(t)-rc(t)；经模拟域自干扰抑制后残余干扰信号：sr(t)＝rc(t)-ri(t)；数字域重建信号：数字自干扰抑制后的信号：Dk＝R(k)-Rd(k)；其中，ac(t)为调整衰减器的幅度因子，τc为延时器的时延，rt(t-τc)是经过时间延迟后的估计信号，rc(t)为重建自干扰信号，ri(t)为自干扰信号；为信道估计值，P为自干扰信号的单个符号OFDM功率。B(k)为自干扰信号第k个子载波的频域发射信号。R(k)为频域接收信号。进一步地，采用双核处理芯片，其具有双核架构DSP和ARM，能够将总工作按照双核的各自优势进行合理划分，DSP负责算法运算，实现信号的调制、解调，ARM负责其他外设的控制，并且可以在空闲时休眠DSP和禁止其他外设以降低系统功耗。本专利技术的有益效果是：本专利技术选择在模拟领域消除干扰的方法消除干扰，近端发射信号依次经过衰减器、延迟器、移相器，进行幅度、时延、相位的调整后，重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，能够消除一部分的自干扰。再进一步采用数字领域消除干扰，频域接收信号作为参考信号，再利用频域发射信号实现自干扰信号的重建，彻底消除自干扰和码间串扰。本专利技术从模拟领域和数字领域消除干扰，从真正意义上实现带内全双工水声通信。附图说明图1是一种现有的全双工水声通信机的模块示意图；图2是本专利技术的带内全双工水声通信机的模块示意图；图3是模拟领域消除干扰的结构示意图；图4是数字领域消除干扰的结构示意图；图5是本专利技术一个实施例的带内全双工水声通信机的模块示意图；图6是本专利技术一个实施例的数字领域消除干扰的结构示意图图7是本专利技术一个实施例中时间反演的原理图；图8是本专利技术一个实施例中判决反馈均衡器的原理图。具体实施方式下面结合附图及具体实施例对本专利技术作进一步地描述。在水声通信中，全双工通信可以提高传输效率，但是由于远来信号非常微弱，可能会淹没在本地信号当中，所以需要消减本地信号的干扰。在本地发射和接收的信道是未知的，需要重构出本地干扰信号于接收信号结合以消除干扰。在使用模拟领域的干扰消除后，还需要在基带估计残留的自干扰信号，并重建数字信号以相互抵消。本实施例包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括依次连接的调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器；所述接收单元包括依次连接的接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器；在模拟领域采用衰减器、延迟器和移相器重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，抑制自干扰信号，在数字域，采用时间预处理模块和判决反馈均衡器模块对自干扰信道进行估计并重建自干扰信号和抵消自干扰。图1是不添加干扰消除的全双工水声通信模型，接收端在接收远来信号的同时还会接收本地发射干扰信号。图2是本专利技术的模块连接图，从模拟领域和数字领域两方面对干扰进行消除处理，使得带内全双工水声通信机的性能更加优越。采用双核处理芯片OMAPL138作为核心处理器，其具有双核架构DSP和ARM，能够将总工作按照双核的各自优势进行合理划分，DSP负责算法运算，实现信号的调制、解调，ARM负责其他外设的控制，并且可以在空闲时休眠DSP和禁止其他外设以降低系统功耗。其中调制器和解调器在DSP上实现，A/D转换和D/A转换在外扩电路上实现。本专利技术的发送过程为：在发送端，信息数据比特在DSP上经过独立编码，然后对信号进行数模转换、放大、由换能器转换为声音能量，在水下环境中传输。本专利技术的接收过程为：在接收端接收信号由水听器转换为电信号，经过放大器、模数转换器、DSP对接收到的声信号进行识别解码，从调制信号中解调出数据信息。在接收信号中还存在本地干扰信号和噪声信号，需要对干扰信号进行消除才能解调出正确的接收信号。图3表示了本专利技术中，在模拟领域消除自干扰的说明。X(t)为调制后的信号，rt(t-τc)是经过时间延迟后的估计信号，在经过衰减器以后，与接收信号进行结合消除自干扰，ac(t)为调整衰减器的幅度因子，τc为延时器的时延，重建自干扰信号为rc(t)＝ac(t)·rt(t-τc)，由于还存在残留干扰以及多径干扰，所以还需要对其进行进一步的消除，本专利技术采用了数字领域的消除方法来实现。图4表示了本专利技术中，在数字领域消除自干扰的说明。为信道估计值，B(k)为自干扰信号第k个子载波的频域发射信号。R(k)为频域接收信号。数字域重建信数字自干扰抑制后的信号Dk＝R(k)-Rd(k)。图5表示了本专利技术一个实施例的带内全双工水声通信机的模块示意图，采用时间反转预处理和判决反馈均衡器实现对自干扰信道本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括依次连接的调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器；所述接收单元包括依次连接的接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器；其特征在于：该通信机还包括在模拟域消除自干扰的衰减器、延迟器和移相器，近端发射信号依次经过衰减器、延迟器、移相器，进行幅度、时延、相位的调整后，重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，抑制自干扰信号；该通信机还包括在数字域抑制残余自干扰的自干扰信道估计模块和数字域自干扰重建模块，所述自干扰信道估计模块的输入端数据来自调制器调制后的频域发射信号，自干扰重建模块的输出端数据送至解调器模块；经过自干扰信道估计模块得到信道估计值，然后根据信道估计值和频域发射信号重建自干扰信号。其中信号处理流程为：模拟域重建信号：r

【技术特征摘要】
1.一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括依次连接的调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器；所述接收单元包括依次连接的接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器；其特征在于：该通信机还包括在模拟域消除自干扰的衰减器、延迟器和移相器，近端发射信号依次经过衰减器、延迟器、移相器，进行幅度、时延、相位的调整后，重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，抑制自干扰信号；该通信机还包括在数字域抑制残余自干扰的自干扰信道估计模块和数字域自干扰重建模块，所述自干扰信道估计模块的输入端数据来自调制器调制后的频域发射信号，自干扰重建模块的输出端数据送至解调器模块；经过自干扰信道估计模块得到信道估计值，然后根据信道估计值和频域发射信号重建自干扰信号。其中信号处理流程为：模拟域重建信号：rc(t)＝ac(t)·rt(t-...

【专利技术属性】
技术研发人员：瞿逢重，鲁泓颍，秦祥照，吴叶舟，刘祖斌，徐敬，余官定，宋宏，邵士海，潘文生，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江,33