【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及一种较高通信速率，通信性能稳健且解码复杂度低的mimo扩频水声通信方法及系统，属于水声通信。
技术介绍
1、水声信道存在的可用带宽有限、传播损失大、多途干扰严重等问题使得水下组网的稳健通信面临着巨大挑战。直接序列扩频通信因其具有保密性好、抗干扰能力强、性能稳健、易于实现码分多址等优势，被长期应用于军事保密和远程水声通信中。然而，有限的信道频谱范围会对扩频增益造成严重制约，直接序列扩频通信速率往往每秒只能传输几十甚至几比特，难以满足水下无线通信组网对高速率信息传输需求。因此，急需设计一种高效且稳健的扩频水声通信方法。
2、多进制扩频通信是一种高效的扩频通信体制，其中m元循环移位(m-ary cyclicshift keying,mcsk)编码可利用扩频序列种类、码元相位携带更多信息。传统的mcsk解码方式有相关解码和时域能量检测解码。相关解码是将本地扩频序列与接收信号直接做相关，通过相关峰位置进行信息恢复；时域能量检测解码是将本地扩频矩阵转置后与期望基带信号相乘，对能量输出峰值位置进行并串转换解码。然而这两种方法都存在解码复杂度高的问题，会导致信息传输效率下降。为了有效提升频带利用率，国内外还先后出现并行组合扩频、码索引调制扩频、多载波扩频等，但高速率传输信息的同时也导致了接收端均衡解码复杂度大幅提升。
3、除了以上的方案，扩频通信也逐渐与mimo相结合，利用多个并行传输的信道，在相同的频率范围内发送不同的用户信息，可以在带宽有限的水声信道上利用空间复用增益提升扩频通信的数据传输效率。然而mi
技术实现思路
1、本专利技术的目的是提供一种基于m元循环移位的mimo扩频水声通信方法及系统，实现较高速率、低复杂度、高可靠性的水声通信。
2、为了实现以上专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：
3、第一方面，一种基于m元循环移位的mimo扩频水声通信方法，所述方法包括：
4、在发射端，共有k个发射阵元，对各发射阵元进行m元循环移位扩频编码，调制通信信息，各发射阵元添加相互正交的同步信号后对不同的信息流进行并行发射，其中第k个发射阵元经m元循环移位扩频编码后的基带信号表达式为：
5、
6、式中，表示从扩频序列o中选择的第mk条扩频序列，为m×1的单位向量，表示对选择的第mk条扩频序列进行ck次循环移位；
7、在接收端，共有r个接收阵元，对各接收阵元接收的信号滤波后同步，对期望信号经过的r个信道进行信道估计，将信号转换到频域上，利用估计的信道对接收信号进行被动相位共轭均衡，对均衡后的信号解扩，进行频域能量检测解码，通过搜索能量峰值的输出位置进行原始信息恢复解码。
8、进一步地，扩频序列o通过以下方法得到：每个发射阵元选择不同反馈系数的m序列，将m序列与walsh矩阵相乘得到正交组合序列，该正交组合序列作为扩频序列。
9、进一步地，对期望信号经过的r个信道进行信道估计包括：利用最小二乘信道估计算法对期望信号经过的r个信道进行信道估计。
10、进一步地，将信号转换到频域上包括：利用傅里叶变换将信号转换到频域上。
11、进一步地，解扩后的信号表示为：zk＝yk⊙o*。o为扩频序列o的傅里叶变换形式，*表示共轭，⊙表示yk与o*每一行对应相乘，yk为第k个发射信号对应的被动相位共轭均衡后的频域表示。
12、进一步地，进行频域能量检测解码，通过搜索能量峰值的输出位置进行原始信息恢复解码包括：
13、对解扩后的信号zk进行频域能量检测解码，并转换到时域，此时输出的能量信号为：
14、
15、其中，为通信过程中产生的载波相位跳变，ρ为扩频序列的互相关函数，当且仅当a＝mk且b＝ck时zk(t)的能量输出结果达到最大，δ表示a，b取其他值的情况；
16、最大值输出的位置对应着扩频序列编号mk和循环移位次数ck，根据mk和ck的值恢复原始信息序列。
17、第二方面，一种基于m元循环移位的mimo扩频水声通信系统，包括：
18、发射端，共有k个发射阵元，所述发射端的处理包括：对各发射阵元进行m元循环移位扩频编码，调制通信信息，各发射阵元添加相互正交的同步信号后对不同的信息流进行并行发射，其中第k个发射阵元经m元循环移位扩频编码后的基带信号表达式为：
19、
20、式中，表示从扩频序列o中选择的第mk条扩频序列，为m×1的单位向量，表示对选择的第mk条扩频序列进行ck次循环移位；
21、接收端，共有r个接收阵元，所述接收端的处理包括：对各接收阵元接收的信号滤波后同步，对期望信号经过的r个信道进行信道估计，将信号转换到频域上，利用估计的信道对接收信号进行被动相位共轭均衡，对均衡后的信号解扩，进行频域能量检测解码，通过搜索能量峰值的输出位置进行原始信息恢复解码。
22、有益效果：(1)本专利技术将m元循环移位扩频与mimo通信系统相结合，利用mimo系统的空分复用增益及mcsk编码增加信息调制维度，有效提升扩频水声通信的通信速率；(2)本专利技术在接收端将被动相位共轭与频域能量检测解码相结合，抑制码间干扰和同信道干扰并进行低复杂度译码，有效降低了接收端解码复杂度，提升了信息传输效率；(3)本专利技术在提升传输效率的同时，能够保证算法稳健性。
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1.一种基于M元循环移位的MIMO扩频水声通信方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，扩频序列O通过以下方法得到：每个发射阵元选择不同反馈系数的M序列，将M序列与Walsh矩阵相乘得到正交组合序列，该正交组合序列作为扩频序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对期望信号经过的R个信道进行信道估计包括：利用最小二乘信道估计算法对期望信号经过的R个信道进行信道估计。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将信号转换到频域上包括：利用傅里叶变换将信号转换到频域上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，解扩后的信号表示为：Zk＝Yk⊙O*。O为扩频序列O的傅里叶变换形式，*表示共轭，⊙表示Yk与O*每一行对应相乘，Yk为第k个发射信号对应的被动相位共轭均衡后的频域表示。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进行频域能量检测解码，通过搜索能量峰值的输出位置进行原始信息恢复解码包括：
7.一种基于M元循环移位的MIMO扩频水声通信系统，其特征在于，包括：>
8.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，解扩后的信号表示为：Zk＝Yk⊙O*。O为扩频序列O的傅里叶变换形式，*表示共轭，⊙表示Yk与O*每一行对应相乘，Yk为第k个发射信号对应的被动相位共轭均衡后的频域表示。
9.根据权利要求7所述的系统，其特征在于，进行频域能量检测解码，通过搜索能量峰值的输出位置进行原始信息恢复解码包括：
...【技术特征摘要】
1.一种基于m元循环移位的mimo扩频水声通信方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，扩频序列o通过以下方法得到：每个发射阵元选择不同反馈系数的m序列，将m序列与walsh矩阵相乘得到正交组合序列，该正交组合序列作为扩频序列。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，对期望信号经过的r个信道进行信道估计包括：利用最小二乘信道估计算法对期望信号经过的r个信道进行信道估计。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，将信号转换到频域上包括：利用傅里叶变换将信号转换到频域上。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，解扩后的信号表示为：zk＝yk⊙o*。o为扩频序列o的傅里叶变换形式...
【专利技术属性】
技术研发人员：葛威，程琳，门伟，殷敬伟，刘百峰，
申请(专利权)人：哈尔滨工程大学，
类型：发明
国别省市：
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