CN103078823B - 声信道的图片发送方法、接收方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种声信道的图片发送方法、接收方法及装置，发送方法包括：对待发送的图片数据依次进行模数转换和调制，得到第一调制信号；采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；对所述第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；将所述模拟信号发送至接收端。本发明实施例有效克服了现有技术在解决高的PAPR时，使原始信号产生畸变，引入噪声信号，对原始传输信号造成干扰，误码率高的问题。

Description

声信道的图片发送方法、接收方法及装置

技术领域

本发明涉及通信技术，尤其涉及一种声信道的图片发送方法、接收方法及装置。

背景技术

正交频分复用技术（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing，OFDM）是一种多载波调制方法，是将信道分成若干正交子信道，将高速数据信号转换成并行的低速子数据流，调制在每个子信道上进行传输。正交信号可以在接收端采用相关技术来分离，这样可以减少载波间干扰(Inter-CarrierInterference,ICI)。该技术具有传输速率高、抗多径干扰能力强、抗频率选择性衰落能力强、频带资源利用率高的优点，使得采用基于OFDM声信道系统的图片传输方法得到广泛应用。

现有的基于OFDM声信道系统的图片传输方法，发送端首先将图片转换为可调制的数字信号，再对数字信号进行OFDM调制得到OFDM调制信号，再将OFDM调制信号转换成能够在声信道中传输的模拟信号。接收端将所接收到的模拟信号转换成可解调的数字信号，将该数字信号经过OFDM解调得到OFDM解调信号，再将解调信号转换成图片信息展现给用户。

然而，上述基于OFDM声信道系统的传输方式是采用多个子载波共同传输，因此峰值发送功率与平均发送功率相比，具有较高的峰均功率比(PeaktoAveragePowerRatio，PAPR)，为降低PAPR，现有技术通常预先设定阈值，当检测到的数字信号的峰值大于该阈值则将信号的峰值限制在阈值内。但是，这种降低峰值的方法会使原始信号产生畸变，引入噪声信号，对原始传输信号造成干扰，误码率高。

发明内容

本发明实施例提供一种声信道的图片发送方法、接收方法及装置，用于克服现有OFDM调制技术中在降低PAPR时，使原始信号产生畸变，引入噪声信号，对原始传输信号造成干扰，误码率高的问题。

一方面，本发明实施例提供一种声信道的图片发送方法，包括：

对待发送的图片数据依次进行模数转换和调制，得到第一调制信号；

采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

对所述第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

将所述模拟信号发送至接收端。

本发明实施例提供一种声信道的图片接收方法，包括：

接收发送端发送的模拟信号，所述模拟信号由所述发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

对所述模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

对所述数字信号依次进行解调和数模转换，得到图片数据。

另一方面，本发明实施例提供一种声信道的图片发送装置，包括：模数转换模块、第一调制模块、计算模块、数模转换模块和发送模块；

所述模数转换模块，用于对待发送的图片数据进行模数转换，得到数字信号；

所述第一调制模块，用于对所述数字信号进行调制，得到第一调制信号；

所述计算模块，用于采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

所述数模转换模块，用于对所述第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

所述发送模块，用于将所述模拟信号发送至接收端。

本发明实施例提供一种声信道的图片接收装置，包括：接收模块、模数转换模块、解调模块和数模转换模块；

所述接收模块，用于接收发送端发送的模拟信号，所述模拟信号由所述发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

所述模数转换模块，用于对所述模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

所述解调模块，用于对所述数字信号进行解调，得到解调后的数字信号；

所述数模转换模块，用于对所述解调后的数字信号进行数模转换，得到图片数据。

本发明提供的声信道的图片发送方法、接收方法及装置，通过在发送过程中对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

附图说明

图1为本发明提供的声信道的图片发送方法一个实施例的流程图；

图2为本发明提供的声信道的图片发送方法另一个实施例的流程图；

图3为本发明提供的在待传输信号中插入前导控制序列的一种可行的实施方式；

图4为本发明提供的加入CP的信号帧结构示意图；

图5为本发明提供的降低PAPR的方法流程图；

图6为本发明提供的声信道的图片接收方法一个实施例的流程图；

图7为本发明提供的声信道的图片接收方法另一个实施例的流程图；

图8为本发明提供的解调的同步过程示意图；

图9为本发明提供的解调的信道估计与均衡补偿过程示意图；

图10为本发明提供的声信道的图片发送装置一个实施例的结构示意图；

图11为本发明提供的声信道的图片发送装置另一个实施例的结构示意图；

图12为本发明提供的声信道的图片接收装置一个实施例的结构示意图；

图13为本发明提供的声信道的图片接收装置另一个实施例的结构示意图。

具体实施方式

本发明提供的声信道的图片发送方法，可以适用于现有技术中的各种类型的传输系统的声信道，例如：基于声信道的水下图片传输系统等。

图1为本发明实施例提供的声信道的图片发送方法一个实施例的流程图，该方法的执行主体为可以进行声信道数据发送的各种终端设备，或者服务器等，例如：手机、电脑等设备。该方法具体包括：

S101，对待发送的图片数据依次进行模数转换和调制，得到第一调制信号；

在本方案中，调制对象须为数字信号，因此对待发送的图片数据先要进行模数转换，将图片数据转化成可调制的数字信号。例如：可以先将待传输的图片数据转换成二进制串行数据。进一步的，对于需要对数字信号经过多子载波调制处理，那么还可以进一步将串行数据分成和子载波个数相同的并行数据。

将经过模数转换后生成的数字信号可以通过多子载波调制技术调制到相应载波上，并行的每行数据在传输过程中可以由一个子载波进行调制，调制完成后得到第一调制信号。

需要说明的是，本发明实施例中涉及的多子载波调制可以采用现有的各种多子载波调制技术，例如：OFDM多子载波调制。

S102，采用设定的伪随机序列的共轭序列与第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

在多子载波通信系统中，待传输的信号数据是多个子载波共同传输，因此具有高的PAPR，高PAPR的信号发送过程中会产生尖锐的脉冲响应，该脉冲响应的声音会对正常信号的传输造成干扰，从而使接收端接收到的图像质量下降。本发明中，可以采用设定的伪随机序列的共轭序列与上述第一调制信号进行自相关运算，从而得到低PAPR的第二调制信号。

其中，设定的伪随机序列可以由移位寄存器产生，伪随机序列具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数。该伪随机序列可以对有高PAPR的信号进行随机化，使得最高的尖脉冲被随机分布在整个信号中,整个传输信号的功率幅值没有明显的高脉冲，幅值分布较均匀。

S103，对第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

在上述第二调制信号通过声信道进行传输之前，需要将该第二调制信号通过数模转换变为模拟信号，以便在声信道中进行传播。

S104，将模拟信号发送至接收端；

将上述第二调制信号通过数模转换获得的模拟信号通过声音发送装置发至接收端，具体地，该声音发送装置可以是与手机、电脑等连接的扬声器或音箱等设备，待发送的图片数据通过手机，电脑等完成上述模数转换、调制、与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算以及数模转换过程后通过扬声器或音箱等设备发送至如话筒等接收端。

本发明实施例提供的声信道的图片发送方法，通过在发送过程中对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图2为本发明提供的声信道的图片发送方法另一个实施例的流程图。本实施例提供了声信道的图片发送方法的一种具体的实施方式，如图2所示，该方法具体包括：

S201，对待发送的图片数据进行模数转换；

在本方案中，调制对象须为数字信号，因此对待发送的图片数据先要进行模数转换，将图片数据转化成可调制的数字信号。例如：可以先将待传输的图片数据转换成二进制串行数据。进一步的，对于需要对数字信号经过多子载波调制处理，那么还可以进一步将串行数据分成和子载波个数相同的并行数据。

本实施例中以采用OFDM多子载波调制技术为例进行说明，但并不以此作为本发明实施例的限制。

S202，对模数转换得到的信号进行基带调制；

在本实施例中，对待发送的图片数据进行调制包括两部分：基带调制，和OFDM调制。首先，对模数转换得到的信号进行基带调制，具体地，将经过模数转换后生成的二进制并行数据‘0’与‘1’进行基带调制，调制方案可以为移相键控（BinaryPhaseShiftKeying，BPSK）、或者正交移相键控（QuadraturePhaseShiftKeying，QPSK）等现有的各种基带调制方法。优选的，本方案采用BPSK调制将‘0’与‘1’调制为‘-1’与‘1’，这是由于BPSK误码率远远低于QPSK，而且BPSK的调制方案简单易于实现。

S203，对基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到第一调制信号；

将完成基带调制后得到的信号进行OFDM调制，该OFDM调制具体包括以下步骤：

对基带调制得到的信号进行卷积编码，该步骤能够克服信号在传输过程中发生突发错误，降低信道的误码率,带来较高的编码增益。

对上述卷积编码得到的信号中插入设定的前导控制序列，以利于接收端进行信道估计。图3提供了一种在待传输信号中插入前导控制序列的一种可行的实施方式。其中，前导控制序列可以由伪随机序列M序列得到。具体地，可以通过延迟器，也可以通过移位寄存器得到伪随机序列M序列，将M序列通过FFT变换变成频域数据P(ω_k）（其中ω代表数据P是频域上的数据，k代表是第K个子载波），该P(ω_k）即为插入的前导控制序列;将经过卷积编码后的数据D(ω_k）与虚数j相乘,再与P(ω_k）相加，得到插入前导控制序列后的控制序列信号X(k)。在图3中还给出了将控制序列信号X(k)调制到载波上的一个具体实现方法：假设用于信号传输的载波频段为0-8000Hz，可以将数据X(k)调制到2000Hz频率段上；对X(k)进行共轭运算，得到X*(k)，把X*(k)发送到6000Hz频率段上；同时在0-8000Hz频率段的其他的位置上补0。

将上述插入设定的前导控制序列后得到的信号进行快速傅立叶逆变换（InverseFastFourierTransform，IFFT），可以将频域信号转换为可在声信道中传播的时域信号。在信号传输过程中，为保证子载波的正交性，子载波φ_k(t)可以表示为：其中k=0,1，……,N-1。因此经过IFFT变换后的待传输的控制序列信号可以表示为：

$s\left(t\right)=s(\mathrm{nT}/N)=1/N{\mathrm{\&Sigma;}}_{k=0}^{N-1}X\left(k\right)e^{2\mathrm{\&pi;j}{f}_{k}t},$ 其中0<n<N-1,

由于并行数据无法直接在信道中传输，所以需要将由N个并行子载波调制的数据信号变成可在信道中传输的串行数据信号。当然，也可以对卷积编码后得到的信号直接进行IFFT变换，得到变换后的数据。

在上述快速傅立叶逆变换后得到的信号中加入循环前缀CP，得到第一调制信号；

通常，信号以帧为单位在信道中进行传输，每个信号帧在一固定的OFDM符号中传输。在信号传输过程中，前一帧的信号由于多径效应延迟到达接收端而落在当前的帧信号中，对当前帧造成干扰。循环前缀（CyclicPrefix，CP）就是将如OFDM信号帧中的部分或全部数据复制并加在原始OFDM信号帧的前面，使接收端在接收到数据后，丢弃被干扰的CP，留下未被干扰的CP以及有用数据，从而避免上述干扰。具体在本方案中，是将信号帧中的全部数据复制并加在原始信号帧的前面来避免上述干扰。图4为加入CP的信号帧结构示意图。

举例来说：如图4所示，如果待传输的原始帧信号数据为数字1~10，插入CP后就变成数字1~10，1~10，组成的一个新的帧信号数据。假设一个OFDM符号的时间为1秒，则当因多径效应产生的延迟为0.4秒时，接收端会在接收到数据后，丢弃该0.4秒内被干扰的CP，留下0.4~1秒内未被干扰的CP以及有用数据。例如，在0.4秒内被干扰的CP为数字1~4，则接收端在接收到数据后会丢弃CP中的数字1~4，而留下数字6~10；而由于延迟，本应在当前OFDM符号内接收的数据帧也会延迟0.4秒落到下一个OFDM符号中，假设落到下一个OFDM符号中的数字为原始帧信号中的数字7~10，则上述有用数据对应的就是原始帧信号中的数字1~6。

S204，对设定的伪随机序列Kasami序列进行共轭运算，得到Kasami序列的共轭序列K*；

S205，对共轭序列K*与第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

在多子载波通信系统中，待传输的信号数据是多个子载波共同传输，因此具有高的PAPR，高PAPR的信号发送过程中会产生尖锐的脉冲响应，该脉冲响应的声音会对正常信号的传输声音造成干扰，从而接收端接收到的图像质量将下降。

本方案采用设定的伪随机序列Kasami序列的共轭序列与上述第一调制信号进行自相关运算，来实现对上述循环信号的低PAPR处理。其中，该Kasami序列可以由移位寄存器产生，并具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数。图5为降低PAPR的方法流程图。如图5所示，首先对设定的伪随机序列Kasami序列进行共轭运算，得到Kasami序列的共轭序列K*；将共轭序列K*与上述第一调制信号进行自相关运算，可以对有高PAPR的第一调制信号进行随机化处理，使得最高的尖脉冲被随机分布在整个信号中,整个传输信号的功率幅值没有明显的高脉冲，幅值分布较均匀，从而得到低PAPR的第二调制信号。

S206，对第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

在上述第二调制信号通过声信道进行传输之前，需要将该第二调制信号通过数模转换变为模拟信号，以便在声信道中进行传播。

S207，将模拟信号发送至接收端。

将上述第二调制信号通过数模转换获得的模拟信号通过声音发送装置发至接收端，具体地，该声音发送装置可以是与手机、电脑等连接的扬声器或音箱等设备，待发送的图片数据通过手机，电脑等完成上述模数转换、调制、与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算以及数模转换过程后，通过扬声器或音箱等设备发送至如话筒等接收端。

可选的，在执行本方案的上述步骤之前，还可以预先设置系统的发送参数，该发送参数可以包括：传输的OFDM子载波数N、OFDM信号周期T、最低发送频率f_min、子载波频率间隔Δf，抽样频率f,快速傅里叶变换（FastFourierTransform，FFT）以及IFFT数，该数值可以根据OFDM信号周期与抽样频率相乘得到。

本发明实施例提供的声信道的图片发送方法，通过在发送过程中对待发送的数据信号依次进行卷积编码、插入循环前缀CP和与设定的Kasami序列的共轭序列进行降低PAPR的自相关运算，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图6为本发明提供的声信道的图片接收方法一个实施例的流程图，该方法的执行主体为可以进行声信道数据接收的各种终端设备，或者服务器等，例如：手机、电脑等设备。该方法是与图1所示声信道的图片发送方法相对应的接收方法，该方法具体包括：

S601，接收发送端发送的模拟信号，该模拟信号由发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

该模拟信号是发送端通过手机、电脑对原始的图片数据进行上述处理过程后获得，再通过与手机、电脑连接的扬声器或音箱等设备发送给接收端。接收端通过话筒等接收装置接收该模拟信号。上述发送端通过手机、电脑对原始的图片数据进行处理，获得该模拟信号的步骤可以参见图1所示实施例中的相关描述，在此不作赘述。

S602，对该模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

当手机，电脑等设备通过话筒接收到上述模拟信号后，对该模拟信号进行模数转换处理，得到可以进行解调的数字信号。

S603，对该数字信号依次进行解调和数模转换，得到图片数据；

将通过模数转换得到的数字信号从多子载波上解调出来，得到解调后的数字信号；将该数字信号通过数模转换，得到可以向用户展示的图片数据。

本发明实施例提供的声信道的图片接收方法，通过接收处理后的数据信号，该处理过程包括：对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图7为本发明提供的声信道的图片接收方法另一个实施例的流程图，该方法是图6所示声信道的图片接收方法的一个具体实现方式，是与图2所示声信道的图片发送方法相对应的接收方法，该方法具体包括：

S701，接收发送端发送的模拟信号，该模拟信号由所述发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

S702，对该模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

该步骤701~702分别与上述步骤601~602相同，对于这部分具体内容可参见步骤601~602的相应部分。

本方案中，具体采用基于OFDM的解调技术对上述数字信号进行解调，该解调主要分为两个过程：图8所示的同步过程和图9所示的信道估计与均衡补偿过程。以下步骤703~706为解调的同步过程，步骤707~710为信道估计与均衡补偿过程。下面就对这两个过程的具体步骤进行详细说明。

S703，将该数字信号进行时频转换，得到第一频域信号；

具体地，可以将该数字信号，通过FFT变化，得到第一频域信号。

S704，将该第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二频域信号；

因为接收端要保证接收到的信号是有用的数据而不是噪声，因此，接收端需要判断有用信号的到达时间，接收端可以通过“同步”技术检测到有用信号到达接收端的起始点，然后开始接收数据。

具体的，接收端可以将第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，该前导控制序列是如图2所示发送方法的步骤203中，对卷积编码得到的信号中插入设定的前导控制序列的共轭序列。通过将第一频域信号与该共轭序列进行自相关运算，从而有效的检测出有用信号到来的时间。

S705，对该第二频域信号进行傅里叶逆变换，得到第一信道冲击响应信号；

将第二频域信号通过IFFT变换变为时域信号，即第一信道冲击响应信号，通过判断该第一信道冲击响应信号的信号特征，从而得到有效信号的到来时间点。

S706，若该第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值，则将所述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻。

对于接收到的信号，最开始接收到的可能是信道中的噪声信号，这些信号相对较弱，峰值相对较低。而当检测到的峰值较大的信号时，则说明该信号中可能包含有用信号。当检测到的第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值，该设定阈值可以是经验值，则判定有用信号已经到来，并将上述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻。该多径时延为信号在信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应产生的时延。如果发送端在待发送的信号中加入循环前缀CP，那么接收端在接收到信号后需对信号中的CP进行移除，以保留传输过程中未被干扰的CP和有效数据，具体步骤可参见步骤206的相应内容。

S707，将该起始时刻起的数字信号进行时频转换，得到第三频域信号；

在确定有用信号到来的时刻后，开始对该有用信号进行接收，首先，需要对该时刻起接收的数字信号进行时频转换，得到频域信号，该时频转换可以为FFT变化。

S708，将该第三频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号；

对于接收到的信号，接收端需要消除该信号中的噪声信号，还原发送端发出的原始信号，这就要求接收端要对信道衰落进行估计，从而对接收到的信号进行均衡补偿以获得发送端发出的原始信号。步骤708~710，为接收端实现上述过程的具体步骤。首先，将经过时频转换后的频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号。该设定的前导控制序列可以为上述同步过程中所用到的前导控制序列，具体可以为M序列。

S709，对该第二信道冲击响应信号进行傅里叶逆变换，得到逆变换信号；

将上述第二信道冲击响应信号进行IFFT变化，得到时域下的第二信道冲击响应信号，即逆变换信号。

S710，对该逆变换信号依次进行补0和傅里叶变换，得到多径信道衰落模型；根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对该第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的第三频域信号，为多径信道衰落模型，R(ω_k)为第三频域信号；

其中，将变换信号进行补0，方法为：接收端检测该变化信号的峰值，可以将小于一定百分比，例如：小于5%的数据清0，得到补0后的变换信号。将该补0后的变换信号进行FFT变换，得到多径信道衰落模型。根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的第三频域信号，为多径信道衰落模型，R(ω_k)为第三频域信号。

可选的，在将变换信号进行补0处理前，还可以对该变换信号进行平滑处理,其作用是消除信号中由噪声引起的旁瓣以及延迟，减少噪声对信道估计准确度的影响，同时该过程还可以把高频信号滤掉，使得阈值判断更加方便。具体实现的公式为：h_n(τ)=αh_n-1(τ)+(1-α)h_n(τ)，其中，α为平滑参数，经验设置值为0.9，h_n(τ)代表第n信道的冲击响应，h_n-1(τ)代表第n-1信道的冲击响应。

S711，对进行均衡补偿后的第三频域信号进行数模转换，得到图片数据；

将均衡补偿后的第三频域信号从载波上解调下来并进行基带解调，再进行数模转换，得到可以展现给用户的图片数据。

进一步的，在得到图片数据后，还可以通过显示装置将图片实时的展现给用户。

本发明实施例提供的声信道的图片接收方法，通过接收处理后的数据信号，该处理过程包括：对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率；同时对接收的信号进行信号同步，信道估计与均衡补偿等处理，有效的还原了图片数据。

本领域普通技术人员可以理解：实现上述各方法实施例的全部或部分步骤可以通过程序指令相关的硬件来完成。前述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中。该程序在执行时，执行包括上述各方法实施例的步骤；而前述的存储介质包括：ROM、RAM、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

图10为本发明提供的声信道的图片发送装置一个实施例的结构示意图，该声信道的图片发送装置可以是能进行声信道数据发送的手机、电脑或集成在其内部的芯片或模块，并可以执行如图1所示声信道的图片发送方法的步骤。如图10所示，该装置包括：模数转换模块01、第一调制模块02、计算模块03、数模转换模块04和发送模块05，其中：

模数转换模块01，用于对待发送的图片数据进行模数转换，得到数字信号；

第一调制模块02，用于对上述数字信号进行调制，得到第一调制信号；

计算模块03，用于采用设定的伪随机序列的共轭序列与该第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

数模转换模块04，用于对该第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

发送模块05，用于将该模拟信号发送至接收端。

在本方案中，调制对象须为数字信号，因此对待发送的图片数据先要进行模数转换，将图片数据转化成可调制的数字信号。具体地，首先通过模数转换模块01将图片数据转换成二进制串行数据，再将串行的数据并行化。由于本方案中采用的是如OFDM的多子载波调制技术，所以可将串行的数据分成和子载波个数相同的行数来并行数据。

将经过模数转换后生成的二进制并行数据通过第一调制模块02，运用多子载波调制技术调制到相应载波上，并行的每行数据在传输过程中可以由一个子载波进行调制，调制完成后得到第一调制信号。

在多子载波通信系统中，待传输的信号数据是多个子载波共同传输，因此具有高的PAPR，高PAPR的信号发送过程中会产生尖锐的脉冲响应，该脉冲响应的声音会对正常信号的传输声音造成干扰，从而使接收端接收到的图像质量将下降。可以通过计算模块03，采用设定的伪随机序列的共轭序列与上述第一调制信号进行自相关运算，从而得到低PAPR的第二调制信号。

通常，该伪随机序列可以由移位寄存器产生，并具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数。该伪随机序列可以对有高PAPR的信号进行随机化，使得最高的尖脉冲被随机分布在整个信号中,整个传输信号的功率幅值没有明显的高脉冲，幅值分布较均匀。

在上述第二调制信号通过声信道进行传输之前，需要通过数模转换模块04将该第二调制信号变为模拟信号，以便在声信道中进行传播。

发送模块05将上述第二调制信号通过数模转换获得的模拟信号通过声音发送装置发送至接收端，具体地，该声音发送装置可以是与手机、电脑等连接的扬声器或音箱等设备，待发送的图片数据通过手机，电脑等完成上述模数转换、调制、与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算以及数模转换过程后通过扬声器或音箱等设备发送至如话筒等接收端。

本发明实施例提供的声信道的图片发送装置，通过在发送过程中对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图11为本发明提供的声信道的图片发送装置另一个实施例的结构示意图。该装置为图10所示实施例的细化装置，可以执行如图2所示声信道的图片发送方法的步骤，如图11所示，该装置包括：模数转换模块01、第一调制模块02、计算模块03、数模转换模块04和发送模块05，其中：

模数转换模块01，用于对待发送的图片数据进行模数转换，得到数字信号；

第一调制模块02，用于对该数字信号进行调制，得到第一调制信号，该

第一调制模块02具体包括：基带调制单元021和OFDM调制单元022，

其中：基带调制单元021，用于对模数转换得到的信号进行基带调制；

OFDM调制单元022，用于对所述基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到所述第一调制信号。

计算模块03，用于对设定的伪随机序列Kasami序列进行共轭运算，得到Kasami序列的共轭序列K*；

对共轭序列K*与第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

数模转换模块04，用于对该第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

发送模块05，用于将该模拟信号发送至接收端。

进一步的，上述OFDM调制单元022具体用于：

对上述基带调制得到的信号进行卷积编码，以降低误码率；

在该卷积编码后得到的信号中插入设定的前导控制序列；

对该插入设定的前导控制序列后得到的信号进行快速傅立叶逆变换；

在该快速傅立叶逆变换得到的信号中加入循环前缀CP，得到第一调制信号。

具体地，本实施例所述装置执行数据发送的具体步骤为：

通过模数转换模块01，对待发送的图片数据进行模数转换，得到数字信号。具体地，首先将图片数据转换成二进制串行数据，再将串行的数据并行化。由于本方案中采用的是如OFDM的多子载波调制技术，所以可将串行的数据分成和子载波个数相同的行数来并行数据。

通过基带调制单元021，对经过模数转换模块01处理得到的信号进行基带调制，具体调制过程可参见步骤202的相应内容。

通过OFDM调制单元022，对基带调制单元021进行基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到所述第一调制信号。该步骤具体内容可参见图2所示实施例中的步骤203的相应内容。该第一调制信号与上述共轭序列K*通过计算模块03进行自相关运算，得到上述第二调制信号。具体地，K*以及第二调制信号可通过计算模块03执行步骤204~205后获得。

通过数模转换模块04对该第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号，以便在声信道中进行传播；发送模块05将该模拟信号通过声音发送装置发送至接收端，具体地，该声音发送装置可以是与手机、电脑等连接的扬声器或音箱等设备，待发送的图片数据通过手机，电脑等完成上述模数转换、调制、与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算以及数模转换过程后通过扬声器或音箱等设备发送至如话筒等接收端。

可选的，本实施例提供的声信道的图片发送装置中还可以包括，设置模块06，该设置模块06可以预先设置系统的发送参数，该发送参数可以包括：传输的OFDM子载波数N、OFDM信号周期T、最低发送频率f_min、子载波频率间隔Δf，抽样频率f,快速傅里叶变换（FastFourierTransform，FFT）以及IFFT数，该数值可以根据OFDM信号周期与抽样频率相乘得到。

本发明实施例提供的声信道的图片发送装置，通过在发送过程中对待发送的数据信号依次进行卷积编码、插入循环前缀CP和与设定的Kasami序列的共轭序列进行降低PAPR的自相关运算，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图12为本发明提供的声信道的图片接收装置一个实施例的结构示意图，该声信道的图片接收装置可以是能进行声信道数据接收的手机、电脑或集成在其内部的芯片或模块，并可以执行如图6所示声信道的图片接收方法的步骤。如图12所示，该装置包括：接收模块21、模数转换模块22、解调模块23和数模转换模块24，其中

接收模块21，用于接收发送端发送的模拟信号，该模拟信号由发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

模数转换模块22，用于对该模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

解调模块23，用于对该数字信号进行解调，得到解调后的数字信号；

数模转换模块24，用于对该解调后的数字信号进行数模转换，得到图片数据。

在本方案中，通过接收模块21接收的模拟信号是发送端通过手机、电脑对原始的图片数据进行上述处理过程后获得，再通过与手机、电脑连接的扬声器或音箱等设备发送给接收端。接收端通过话筒等接收装置接收该模拟信号。上述发送端通过手机、电脑对原始的图片数据进行处理，获得该模拟信号的步骤包括：

将该图片数据进行模数转换变为可调制的数字信号。具体地，首先将图片数据转换成二进制串行数据，再将串行的数据并行化。由于发送端采用的是如OFDM的多子载波调制技术，所以可将串行的数据分成和子载波个数相同的行数来并行数据。

将经过模数转换后生成的二进制并行数据通过多子载波调制技术调制到相应载波上，并行的每行数据在传输过程中可以由一个子载波进行调制，调制完成后得到第一调制信号。

在多子载波通信系统中，待传输的信号数据是多个子载波共同传输，因此具有高的PAPR，高PAPR的信号发送过程中会产生尖锐的脉冲响应，该脉冲响应的声音会对正常信号的传输声音造成干扰，从而使接收端接收到的图像质量将下降。可以通过采用设定的伪随机序列的共轭序列与上述第一调制信号进行自相关运算，从而得到低PAPR的第二调制信号。

通常，该伪随机序列可以由移位寄存器产生，并具有良好的随机性和接近于白噪声的相关函数。该伪随机序列可以对有高PAPR的信号进行随机化，使得最高的尖脉冲被随机分布在整个信号中,整个传输信号的功率幅值没有明显的高脉冲，幅值分布较均匀。

将该第二调制信号通过数模转换变为模拟信号，以便在声信道中进行传播。

通过模数转换模块22对接收模块21接收的模拟信号进行模数转换，得到可以进行解调的数字信号。

解调模块23将通过模数转换得到的数字信号从多子载波上解调出来，得到解调后的数字信号；再通过数模转换模块24将该数字信号进行转换，得到可以向用户展示的图片数据。

本发明实施例提供的声信道的图片接收装置，通过接收处理后的数据信号，该处理过程包括：对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率。

图13为本发明提供的声信道的图片接收装置另一个实施例的结构示意图。该装置为图12所示实施例的细化装置，可以执行如图7所示声信道的图片接收方法的步骤，如图13所示，该装置包括：接收模块31、模数转换模块32、解调模块33和数模转换模块34，其中：

接收模块31，用于接收发送端发送的模拟信号，该模拟信号由发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

模数转换模块32，用于对该模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

解调模块33，用于对该数字信号进行OFDM解调，得到解调后的数字信号；该解调模块33具体包括：时频转换单元331、计算单元332、逆变换单元333、判断单元334和处理单元335，其中：

时频转换单元331，用于将数字信号进行时频转换，得到第一频域信号；

计算单元332，用于将该第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二频域信号；

逆变换单元333，用于对该第二频域信号进行傅里叶逆变换，得到第一信道冲击响应信号；

判断单元334，用于判断该第一信道冲击响应信号的峰值是否大于设定阈值；

处理单元335，用于当该第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值时，将该第一频域信号的多径时延作为对该数字信号依次进行解调的起始时刻。

进一步的，该解调模块33中：

时频转换单元331，还用于将上述起始时刻起的数字信号进行时频转换，得到第三频域信号；

计算单元332，还用于将该第三频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号；

逆变换单元333，还用于对该第二信道冲击响应信号进行傅里叶逆变换，得到逆变换信号；

处理单元335，还用于对该逆变换信号依次进行补0和傅里叶变换，得到多径信道衰落模型；

根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对该第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的所述第三频域信号，为所述多径信道衰落模型，R(ω_k)为所述第三频域信号。

数模转换模块34，用于对解调后的数字信号进行数模转换，得到图片数据。

具体地，本实施例所述装置执行数据接收的具体步骤为：

通过接收模块31接收发送端发送的模拟信号，该模拟信号由发送端采用图片数据模数转换和调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到，具体地，该过程可参见接收模块21的具体执行步骤；

通过模数转换模块32对接收模块31接收的模拟信号进行模数转换，得到数字信号，具体地，该过程可参见模数转换模块22的具体执行步骤；

通过解调模块33，对通过模数转换模块32转换后的数字信号进行OFDM解调，得到解调后的数字信号，具体地：

通过解调模块33中的时频转换单元331，对通过模数转换模块32转换后的数字信号进行时频转换，得到第一频域信号，该时频转换可以为FFT变化；

通过计算单元332将该第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二频域信号；因为接收端要保证接收到的信号是有用的数据而不是噪声，所以需要判断：有用信号什么时候到达，即接收端通过“同步”技术检测到有用信号到达接收端的起始点，然后开始接收数据。将第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，该前导控制序列是如图2所示发送方法的步骤203中，对卷积编码得到的信号中插入设定的前导控制序列的共轭序列。通过将第一频域信号与该共轭序列进行自相关运算，从而有效的检测出有用信号到来的时间。

通过逆变换单元333对上述通过计算单元332获得的第二频域信号进行傅里叶逆变换，得到第一信道冲击响应信号；具体地，可以将该数字信号，通过FFT变化，得到第一频域信号；

通过判断单元334，判断该第一信道冲击响应信号的峰值是否大于设定阈值；若该第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值，则通过处理单元335将该第一频域信号的多径时延作为对该数字信号依次进行解调的起始时刻。对于接收到的信号，最开始接收到的可能是信道中的噪声信号，这些信号相对较弱，峰值相对较低。而当检测到的峰值较大的信号时，则说明该信号中可能包含有用信号。当检测到的第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值，该设定阈值可以是经验值，则判定有用信号已经到来，并将上述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻。该多径时延为信号在信道中的多径传输现象所引起的干涉延时效应产生的时延。如果发送端在待发送的信号中加入循环前缀CP，那么接收端在接收到信号后需对信号中的CP进行移除，以保留传输过程中未被干扰的CP和有效数据，具体步骤可参见步骤203中对信号中的CP进行移除的相应内容。

本实施例中解调模块33中各单元上述相继执行的步骤为该接收装置在对接收数据信号进行解调时的同步过程。接下来，就对同步后接收到的信号数据进行信道估计和均衡补偿，以还原发送端发出的原始的信号数据。具体地：

通过解调模块33中的时频转换单元331，将上述起始时刻起的数字信号进行时频转换，得到第三频域信号；在确定有用信号到来的时刻后，开始对该有用信号进行接收，首先，需要对该时刻起接收的数字信号进行时频转换，得到频域信号，该时频转换可以为FFT变化。

通过计算单元332，将该第三频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号；对于接收到的信号，接收端需要消除该信号中的噪声信号，还原发送端发出的原始信号，这就要求接收端要对信道衰落进行估计，从而对接收到的信号进行均衡补偿以获得发送端发出的原始信号。首先，将经过时频转换后的频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号。该设定的前导控制序列可以为上述同步过程中所用到的前导控制序列，具体可以为M序列。

通过逆变换单元333，对该第二信道冲击响应信号进行傅里叶逆变换，得到时域下的第二信道冲击响应信号，即逆变换信号；

通过处理单元335，对该逆变换信号依次进行补0和傅里叶变换，得到多径信道衰落模型；

根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对该第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的所述第三频域信号，为所述多径信道衰落模型，R(ω_k)为所述第三频域信号。其中，将变换信号进行补0，方法为：接收端检测该变化信号的峰值，将小于5%的数据清0，得到补0后的变换信号。将该补0后的变换信号进行FFT变换，得到多径信道衰落模型。根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的第三频域信号，为多径信道衰落模型，R(ω_k)为第三频域信号。

可选的，在将变换信号进行补0处理前，还可以对该变换信号进行平滑处理,其作用是消除信号中由噪声引起的旁瓣以及延迟，减少噪声对信道估计准确度的影响，同时该过程还可以把高频信号滤掉，使得阈值判断更加方便。具体实现的公式为：h_n(τ)=αh_n-1(τ)+(1-α)h_n(τ)，其中，α为平滑参数，经验设置值为0.9，h_n(τ)代表第n信道的冲击响应，h_n-1(τ)代表第n-1信道的冲击响应。

在以上步骤完成了对接收信号的信道估计和均衡补偿过程后，通过数模转换模块34，对解调后的数字信号，进行数模转换得到图片数据；具体地，将均衡补偿后的第三频域信号从载波上解调下来并进行基带解调，再进行数模转换，得到可以展现给用户的图片数据。

进一步的，本实施例所示装置还可以包括图像显示模块35，用于在得到图片数据后，通过图像显示模块35将图片实时的展现给用户。

本发明实施例提供的声信道的图片接收装置，通过接收处理后的数据信号，该处理过程包括：对待发送的调制信号与设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算，降低PAPR，有效减小了对原始传输信号的干扰，降低误码率；同时对接收的信号进行信号同步，信道估计与均衡补偿等处理，有效的还原了图片数据。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (4)

1.一种声信道的图片发送方法，其特征在于，包括：

对待发送的图片数据依次进行模数转换和调制，得到第一调制信号；所述对待发送的图片数据进行调制，包括：对模数转换得到的信号进行基带调制；对所述基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到所述第一调制信号；所述对所述基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到所述第一调制信号包括：对所述基带调制得到的信号进行卷积编码，对所述卷积编码得到的信号中插入设定的前导控制序列，将所述插入设定的前导控制序列后得到的信号进行快速傅立叶逆变换，在所述快速傅立叶逆变换后得到的信号中加入循环前缀CP，得到第一调制信号；采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

对所述第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

将所述模拟信号发送至接收端；

所述采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号，包括：对设定的伪随机序列Kasami序列进行共轭运算，得到所述Kasami序列的共轭序列K*；对所述共轭序列K*与所述第一调制信号进行自相关运算，得到所述第二调制信号。

2.一种声信道的图片接收方法，其特征在于，包括：

接收发送端发送的模拟信号，所述模拟信号由所述发送端采用图片数据模数转换、基带调制和OFDM调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

对所述模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

对所述数字信号依次进行解调和数模转换，得到图片数据；

所述对所述数字信号进行解调具体为OFDM解调，包括：

将所述数字信号进行时频转换，得到第一频域信号；

将所述第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二频域信号；

对所述第二频域信号进行傅里叶逆变换，得到第一信道冲击响应信号；

若所述第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值，则将所述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻；

所述将所述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻之后，还包括：

将所述起始时刻起的所述数字信号进行时频转换，得到第三频域信号；

将所述第三频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号；

对所述第二信道冲击响应信号进行傅里叶逆变换，得到逆变换信号；

对所述逆变换信号依次进行补0和傅里叶变换，得到多径信道衰落模型；根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对所述第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的所述第三频域信号，为所述多径信道衰落模型，R(ω_k)为所述第三频域信号，k代表是第K个子载波。

3.一种声信道的图片发送装置，其特征在于，包括：模数转换模块、第一调制模块、计算模块、数模转换模块和发送模块；

所述模数转换模块，用于对待发送的图片数据进行模数转换，得到数字信号；

所述第一调制模块，用于对所述数字信号进行调制，得到第一调制信号；

所述计算模块，用于采用设定的伪随机序列的共轭序列与所述第一调制信号进行自相关运算，得到第二调制信号；

所述数模转换模块，用于对所述第二调制信号进行数模转换，得到模拟信号；

所述发送模块，用于将所述模拟信号发送至接收端；

所述第一调制模块包括：基带调制单元和OFDM调制单元；所述基带调制单元用于对所述模数转换得到的信号进行基带调制，所述OFDM调制单元用于对所述基带调制得到的信号进行OFDM调制，得到所述第一调制信号；

所述OFDM调制单元具体用于：

对所述基带调制得到的信号进行卷积编码，对所述卷积编码得到的信号中插入设定的前导控制序列，将所述插入设定的前导控制序列后得到的信号进行快速傅立叶逆变换，在所述快速傅立叶逆变换后得到的信号中加入循环前缀CP，得到第一调制信号；

所述计算模块具体用于：

对设定的伪随机序列Kasami序列进行共轭运算，得到所述Kasami序列的共轭序列K*；对所述共轭序列K*与所述第一调制信号进行自相关运算，得到所述第二调制信号。

4.一种声信道的图片接收装置，其特征在于，包括：接收模块、模数转换模块、解调模块和数模转换模块；

所述接收模块，用于接收发送端发送的模拟信号，所述模拟信号由所述发送端采用图片数据模数转换、基带调制和OFDM调制后得到的信号与采用设定的伪随机序列的共轭序列进行自相关运算后再进行数模转换得到；

所述模数转换模块，用于对所述模拟信号进行模数转换，得到数字信号；

所述解调模块，用于对所述数字信号进行解调，得到解调后的数字信号；

所述数模转换模块，用于对所述解调后的数字信号进行数模转换，得到图片数据；

所述解调模块，具体用于对所述数字信号进行OFDM解调，所述解调模块包括：时频转换单元、计算单元、逆变换单元、判断单元和处理单元；

所述时频转换单元，用于将所述数字信号进行时频转换，得到第一频域信号；

所述计算单元，用于将所述第一频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二频域信号；

所述逆变换单元，用于对所述第二频域信号进行傅里叶逆变换，得到第一信道冲击响应信号；

所述判断单元，用于判断所述第一信道冲击响应信号的峰值是否大于设定阈值；

所述处理单元，用于当所述第一信道冲击响应信号的峰值大于设定阈值时，将所述第一频域信号的多径时延作为对所述数字信号依次进行解调的起始时刻；

所述时频转换单元，还用于将所述起始时刻起的所述数字信号进行时频转换，得到第三频域信号；

所述计算单元，还用于将所述第三频域信号与设定的前导控制序列进行自相关运算，得到第二信道冲击响应信号；

所述逆变换单元，还用于对所述第二信道冲击响应信号进行傅里叶逆变换，得到逆变换信号；

所述处理单元，还用于对所述逆变换信号依次进行补0和傅里叶变换，得到多径信道衰落模型；

根据均衡补偿公式：

$\hat{R}\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)=\hat{H}{\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)}^{-1}R\left({\mathrm{\&omega;}}_k\right)$

对所述第三频域信号进行均衡补偿，其中，为补偿后的所述第三频域信号，为所述多径信道衰落模型，R(ω_k)为所述第三频域信号，k代表是第K个子载波。