一种基于分组信噪比置信度的OFDM‑MFSK水声通信技术制造技术

本发明专利技术提供的是一种基于分组信噪比置信度的OFDM‑MFSK水声通信技术。发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的首尾加入线性调频信号；接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收数据进行多普勒补偿；对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并；最后对分集合并后的数据进行解调。本方法采用频率分集技术，有效弥补了OFDM‑MFSK水声通信系统受信道严重频率选择性影响而导致的性能损失，并提出了基于分组信噪比置信度的分集信号合并方式提高合并后信号的信噪比。

A packet SNR based on the reliability of OFDM MFSK underwater acoustic communication technology

The invention provides a confidence level of OFDM MFSK underwater acoustic communication technology based on the signal-to-noise ratio of packet. The transmitter will information 2 diversity modulation, and both a data entry LFM signal; receiving end of synchronous signal detection frame, data interception and Doppler factor estimation, and Doppler compensation for receiving data; demodulates each data symbol, and in accordance with the packet SNR confidence with the way of diversity signals are merged; finally demodulate diversity combined data. This method adopts frequency diversity technique, can effectively make up the OFDM MFSK underwater acoustic communication system performance loss caused by channel frequency selective serious influence, and puts forward the packet SNR based on diversity signal combining confidence improve SNR with the signal after.

【技术实现步骤摘要】
一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术
本专利技术涉及水声信道领域，具体涉及一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术。
技术介绍
OFDM-MFSK是多载波技术与MFSK相结合的调制技术，OFDM-MFSK的发射端将全部子载波以M元为一组进行划分，采用MFSK的方式进行信息映射，接收端则按照非相干的方式进行MFSK信号的检测，无需信道估计与均衡过程。OFDM-MFSK兼容了多载波调制技术的高通信速率，又保留了MFSK调制的稳健性能，与正交频分复用(OFDM)调制相比，可以更好的平衡传输速率和稳健性能。水声信道是迄今为止最为复杂的无线信道之一，是多途扩展和多普勒扩展严重的双扩水声信道。信道时域上严重的多途扩展，在频域上则表现为严重的频率选择性衰落，当多载波系统的有效子载波位于信道的深衰落频率时，该子载波的信噪比会严重损失，常规的均衡技术依然无法获得较好的效果。分集技术是指利用相同的信息通过相互独立的信道进行数据传输，来减少干扰，提高系统性能。分集信号不同的合并方式会获得不同的处理增益，在OFDM系统中，频率分集信号的合并方式主要包括：选择性合并、等增益合并以及最大比合并，但数据需要进行信道估计与均衡。对于非相干解调的OFDM-MFSK系统而言，分集信号的合并方式需要根据符号的具体特点进行优化设计。本专利技术将频率分集技术应用于OFDM-MFSK系统中，并结合符号自身的特点，提出一种分组信噪比置信度的分集信号合并方式来提高系统性能。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信方法，该方法实现了衰落水声信道下系统性能的提升。本专利技术的目的是这样实现的：一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术，其特征在于，包括如下步骤：(1)发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的收尾加入线性调频信号；(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收数据进行多普勒补偿；(3)对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并；(4)最后对分集合并后的数据进行解调。所述的2分集调制具体包括：所述的将信息进行2分集调制是指将全部N个子载波划分为两个分集支路，即分集支路1为子载波[1:N/2]、分集支路2为子载波[N/2+1:N]，且两个分集支路映射上完全相同的信息。所述的线性调频信号具体包括：所述的线性调频信号的带宽为系统工作带宽，线性调频信号的带宽与线性调频信号的时间乘积大于100，且数据与两个线性调频信号间的保护间隔长度大于信道的最大多途扩展长度。所述的步骤(2)具体包括：利用数据首尾的线性调频信号进行匹配滤波，计算整帧数据的平均多普勒因子，并根据平均多普勒因子采用线性插值的方法完成接收信号的多普勒补偿；具体包括如下步骤：(2.1)对接收到的数据以同步信号作为参考信号进行相关运算，寻找帧前和帧后同步信号的峰值坐标点，计算两个信号的时间间隔Tr，根据如下公式计算整个数据块的多普勒因子其中，Tt为发射帧信号中两个线性调频信号的时间间隔；(2.2)采用线性插值的方式得到多普勒补偿后信号的幅值：设函数f(x)在区间[x0,x1]两端点的函数值为f(x0)和f(x1)，使用线性函数L(x)＝ax+b近似代替区间[x0,x1]内的f(x)，通过选择参数a和b，使得L(x0)＝f(x0)，L(x1)＝f(x1)，由直线方程的两点可求得L(x)的表达式为结合公式(2)和新采样点位置为即可完成接收信号的多普勒补偿。所述的步骤(3)中的解调具体包括：将多普勒补偿后的信号进行串并转换，并去掉循环前缀和循环后缀，得到OFDM-MFSK符号；对每个OFDM-MFSK数据符号进行DFT解调得到相应子载波的频域数据。所述的步骤(3)中的分组信噪比置信度的合并方式具体包括：设一个OFDM-MFSK数据符号进行DFT运算后得到N个子载波频域数据R(fi)i＝1,2,...,N，则每条分集支路由P组MFSK数据组成，P＝N/2M；设每组数据有效载波位置和空载波位置的集合分别为ΥA(q,p)和ΥN(q,p)，由此可以计算得到当前组数据的噪声估计σq,p和信噪比SNRq,p，q代表不同分集支路，这里取值为1和2；将当前组数据减去噪声功率σq,p得到新数据R′q,p(fm)，然后按照如下公式完成分组信噪比置信度的信号合并其中：R′q,p(fm)＝Rq,p(fm)-σq,p所述的步骤(4)具体包括：所述的分组信噪比置信度的合并方式是指对不同分集支路的数据按照M元为一组进行噪声和信噪比估计，每组数据减掉该组估计出的噪声并将该组信噪比作为置信度进行相乘运算，最后将两个分集支路数据对应求和完成分集合并。本专利技术的有益效果为：该方法采用频率分集技术来有效改善由于信道严重的频率选择性而导致的系统性能损失，并结合OFDM-MFSK符号的自身特点，提出一种分组信噪比置信度的分集信号合并方法进一步提高分集信号增益。在衰落水声信道下，相比常规OFDM-MFSK通信系统，基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK系统具有更好的应用性能。附图说明图1是OFDM-MFSK水声通信系统发射帧结构示意图；图2是基于分组信噪比置信度的分集信号合并流程图。具体实施方式下面结合附图对本专利技术给出更详细的说明。本专利技术主要包括如下步骤：(1)发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的收尾加入线性调频信号；(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收数据进行多普勒补偿；(3)对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并；(4)最后对分集合并后的数据进行解调。发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的收尾加入线性调频信号。所述的将信息进行2分集调制是指将全部N个子载波划分为两个分集支路，即子载波[1:N/2](分集支路1)和子载波[N/2+1:N](分集支路2)，且两个分集支路映射上完全相同的信息。所述的线性调频信号的带宽为系统工作带宽，线性调频信号的带宽与线性调频信号的时间乘积大于100，且数据与两个线性调频信号间的保护间隔长度大于信道的最大多途扩展长度。利用数据首尾的线性调频信号进行匹配滤波，计算整帧数据的平均多普勒因子，并根据平均多普勒因子采用线性插值的方法完成接收信号的多普勒补偿。对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并。所述的分组信噪比置信度的合并方式是指对不同分集支路的数据按照M元为一组进行噪声和信噪比估计，每组数据减掉该组估计出的噪声并将该组信噪比作为置信度进行相乘运算，最后将两个分集支路数据对应求和完成分集合并。具体为：1、发射端将信息进行2分集调制，发射端在一帧数据的首尾加入线性调频信号。发射端将全部N个数据子载波按照2频率分集进行数据映射，即子载波[1:N/2]与子载波[N/2+1:N]携带完全一致的数据信息，将此数据进行IDFT运算完成数据的调制，得到时域OFDM-MFSK符号，并添加大于信道多途扩展的循环前缀和循环后缀获得一个OFDM-MFSK数据块，循环前缀即将OFDM-MFSK符号后面的数据复制到符号之前，循环后缀即将OFDM-MFSK符号前面的数据复本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于分组信噪比置信度的OFDM‑MFSK水声通信技术，具体包括如下步骤：(1)发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的收尾加入线性调频信号；(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收数据进行多普勒补偿；(3)对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并；(4)最后对分集合并后的数据进行解调。

【技术特征摘要】
1.一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术，具体包括如下步骤：(1)发射端将信息进行2分集调制，并将一帧数据的收尾加入线性调频信号；(2)接收端对帧前同步信号进行检测，完成数据截取和多普勒因子估计，并对接收数据进行多普勒补偿；(3)对每个数据符号进行解调，并按照分组信噪比置信度的合并方式对分集信号进行合并；(4)最后对分集合并后的数据进行解调。2.根据权利要求1所述的一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术，其特征在于，所述的2分集调制具体包括：所述的将信息进行2分集调制是指将全部N个子载波划分为两个分集支路，即分集支路1为子载波[1:N/2]、分集支路2为子载波[N/2+1:N]，且两个分集支路映射上完全相同的信息。3.根据权利要求1所述的一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术，其特征在于，所述的线性调频信号具体包括：所述的线性调频信号的带宽为系统工作带宽，线性调频信号的带宽与线性调频信号的时间乘积大于100，且数据与两个线性调频信号间的保护间隔长度大于信道的最大多途扩展长度。4.根据权利要求1所述的一种基于分组信噪比置信度的OFDM-MFSK水声通信技术，其特征在于，所述的步骤(2)具体包括：利用数据首尾的线性调频信号进行匹配滤波，计算整帧数据的平均多普勒因子，并根据平均多普勒因子采用线性插值的方法完成接收信号的多普勒补偿；具体包括如下步骤：(2.1)对接收到的数据以同步信号作为参考信号进行相关运算，寻找帧前和帧后同步信号的峰值坐标点，计算两个信号的时间间隔Tr，根据如下公式计算整个数据块的多普勒因子其中，Tt为发射帧信号中两个线性调频信号的时间间隔；(2.2)采用线性插值的方式得到多普勒补偿后信号的幅值：设函数f(x)在区间[x0,x1]两端点的函数值为f(x0)和f(x1)，使用线性函数L(x)＝ax+b近似代替区间[x0,x1]内的f(x)，通过选择参数a和b...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙大军，郑翠娥，崔宏宇，张居成，韩云峰，王永恒，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：黑龙江,23