一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法和装置制造方法及图纸

本申请涉及一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法和装置，该方法包括基于离散哈特利变换正交频分复用(DHT

【技术实现步骤摘要】
一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法和装置


[0001]本申请涉及通信
，尤其是涉及一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法和装置。

技术介绍

[0002]水声通信技术是海洋领域中具有重要地位的核心技术，由于海洋环境受到多径效应、多普勒效应、载波频率偏移(CFO)等因素的影响，水声通信系统(UWA)是最复杂的通信系统之一。水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣，对通信算法和设备可靠性有较高要求，水下通信传输速率、传输带宽、传输距离等因素限制了当前水下通信技术的应用。
[0003]正交频分复用技术(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)，作为多载波传输方式的一种，其将子信道频谱相互重叠进行并行数据传输，在无需高速均衡器的情况下就可以在对抗窄带脉冲噪声与多径衰落的同时，极大提高了信道的利用度，满足了日益增长的数据传输容量需求，因此可以作为下一代宽带通信的关键技术，但是，在高速场景下，子信道间的正交性会受到多普勒频移的破坏而引起载波间干扰，并且OFDM多个子信道信号叠加也会导致较高的峰均比，这些缺点时OFDM不适用于高速场景。
[0004]这是因为考虑信道效应在每个符号持续时间期间是恒定的和UWA信道的稀疏性所代表的两个主要假设，UWA通信系统被认为是不可信系统，其中信道可以随时间变化，并且不能总是假设稀疏性。因此，标准OFDM
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UWA通常插入频域导频音以跟踪信道效应，而牺牲所获得的频谱效率。在地面无线通信中，基于实信号的OFDM进行了广泛研究，证明了其在许多方面优于DFT
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OFDM，例如：计算复杂度降低、保证正交性的最小子载波间隔减少、与DFT
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OFDM相比在相同占用带宽内的子载波数量增加了一倍，并且对CFO效应具有更高的鲁棒性。存在两种主要的基于实信号的OFDM，它们是离散余弦变换OFDM(DCT
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OFDM)和DHT
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OFDM。
[0005]在MCM和SCM系统中，DHT
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OFDM优于其他不同的三角变换。与DFT
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OFDM不同，除了通过将镜像对称子载波上的信号相互耦合，DHT
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OFDM不能直接对多径信道进行对角化。这种缺陷称为载波间耦合(ICC)，导致数据速率下降一半。因此，DFT
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OFDM仍然被认为是时变信道中最流行的方案，因为它提供了在接收端准确执行估计任务的特性。
[0006]最近，基于实际信号的OFDM(如DCT
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OFDM)也与索引调制(IM)结合，以实现更高的频谱效率和/或增强误码率(BER)性能，使其成为下一代无线通信的有前景的高频谱多载波技术。不幸的是，由于估计任务变得更加复杂，这些系统不能直接用于信道随时间变化的实际通信系统。与DFT
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OFDM相比，基于实信号的MCM中的估计任务不能可靠地执行。这是因为DFT矩阵提供的信道对角化的吸引人的特性使得能够使用低复杂度和精确的频域信道估计。然而，现有技术试图研究使用时域对称训练符号的DCT
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OFDM信道估计，但仍然需要将保护间隔加倍，并且在信道延迟较长的通信系统(如UWA系统)中，将再次提出前面讨论的IBI问题。因此，为UWA通信启用基于真实信号的OFDM具有现实意义。一方面，实现对海洋环境影响具有高鲁棒性的可靠UWA。另一方面，增强UWA频谱效率而不需要任何额外的硬件或性能恶化。由于UWA信道的特性，UWA通信中的数据速率增强被认为是主要的挑战性任务之一。

技术实现思路

[0007]本专利技术提出一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法和装置，在复杂海洋环境下的水下通信环境，克服离散哈特利
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正交频分复用(DHT
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OFDM)方法由于载波间耦合而导致的数据速率下降问题，基于循环前缀和索引调制技术，对现有方法进行改进，实现了一个可靠的水下通信系统，而且在不损失信道估计精度的情况下，减少了50％的导频开销，不但提高了频谱效率，还增强了系统的误码率性能和对载波频率偏移的鲁棒性，包括如下：
[0008]第一方面，本申请提出了一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法，所述方法采用了基于离散哈特利变换正交频分复用的数据调制的发射器系统和基于离散傅里叶变换的接收器系统，并且所述方法包括：
[0009]在发射器系统中：
[0010]对原始数据经过编码器和交织器分配到子载波；
[0011]对处理后的数据进行数字调制和索引调制；
[0012]对序列数据加入保护间隔并使用N点IDFT映射到时域获取时域数据；
[0013]将时域数据经过上变频过程后传入UWA信道；
[0014]在接收器系统中：
[0015]对从发射器接受的经过多普勒补偿的数据流进行下变频；
[0016]对去除循环前缀的数据流进行DFT过程；
[0017]对进行DFT过程后的数据流同时进行CFO补偿和信道均衡；
[0018]对处理后的数据进行索引解调并最终解码。
[0019]优选的，在所述发射器系统中，输入信号比特流的数据调制基于
[0020]实三角变换来执行；
[0021]其中，N和E分别表示DHT
‑
OFDM子载波的数目和DHT
‑
OFDM符号持续时间，变换矩阵对应于DFT矩阵的实部和虚部之和，DHT
‑
OFDM中的正交性满足最小载波间隔使得
[0022]优选的，在所述接收器系统中，DFT
‑
OFDM中使用声学通信傅里叶指数函数的复基对数据进行调制，该复基具体为：
[0023][0024]其中，N和T分别表示DFT
‑
OFDM子载波和符号周期的数量；
[0025]当使用基于离散傅里叶变换的接收器系统时，得到的时域调制数据都是复杂的，当使用DFT
‑
OFDM时，得到的时域调制数据都是复杂的，这导致所需子载波间隔的增加，以保证子载波之间的正交性，具体为：
[0026][0027]优选的，在所述接收器系统中，用N个DFT
‑
OFDM子载波间隔F
Δ
占用可用的UWA带宽B对应于用N个DHT
‑
OFD子载波间隔δ
Δ
占用相同的带宽，使得F
Δ
＝2δ
Δ
，n＝2N；
[0028]从调制X(0)、X(1)
…
、X(n)获得的数据符号分别使用DFT
‑
OFDM和DHT
‑
OFDM进行调制，具体为：
[0029][0030][0031]其中，X
r
(n)是X(n)的实部，由任何实调制顺序M
r
调制。
[003本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法，其特征在于，所述方法采用了基于离散哈特利变换正交频分复用的数据调制的发射器系统和基于离散傅里叶变换的接收器系统，并且所述方法包括：在发射器系统中：对原始数据经过编码器和交织器分配到子载波；对处理后的数据进行数字调制和索引调制；对序列数据加入保护间隔并使用N点IDFT映射到时域获取时域数据；将时域数据经过上变频过程后传入UWA信道；在接收器系统中：对从发射器接受的经过多普勒补偿的数据流进行下变频；对去除循环前缀的数据流进行DFT过程；对进行DFT过程后的数据流同时进行CFO补偿和信道均衡；对处理后的数据进行索引解调并最终解码。2.根据权利要求1所述的一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法，其特征在于：在所述发射器系统中，输入信号比特流的数据调制基于实三角变换来执行；其中，N和E分别表示DHT
‑
OFDM子载波的数目和DHT
‑
OFDM符号持续时间，变换矩阵对应于DFT矩阵的实部和虚部之和，DHT
‑
OFDM中的正交性满足最小载波间隔使得3.根据权利要求2所述的一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法，其特征在于：在所述接收器系统中，DFT
‑
OFDM中使用声学通信傅里叶指数函数的复基对数据进行调制，该复基具体为：其中，N和T分别表示DFT
‑
OFDM子载波和符号周期的数量；当使用基于离散傅里叶变换的接收器系统时，得到的时域调制数据都是复杂的，当使用DFT
‑
OFDM时，得到的时域调制数据都是复杂的，这导致所需子载波间隔的增加，以保证子载波之间的正交性，具体为：4.根据权利要求3所述的一种适用于水下通信的实信号正交频分复用方法，其特征在于：在所述接收器系统中，用N个DFT
‑
OFDM子载波间隔F
Δ
占用可用的UWA带宽B对应于用N个DHT
‑
OFD子载波间隔δ
Δ
占用相同的带宽，使得F
Δ
＝2δ
Δ
，n＝2N；
从调制X(0)、X(1)
…
、X(n)获得的数据符号分别使用DFT
‑
OFDM和DHT
‑
OFDM进行调制，具体为：体为：其中，X
r
(n)是X(n)的实部，由任何实调制顺序M
r
调制。5.根据权利要求1所述的一种适用于水下通信的实信号正交频分复用...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢磊，谢卓钒，孙海信，泽亚德，
申请(专利权)人：厦门大学，
类型：发明
国别省市：