CN109525529A - 一种提高水声通信速率的多频带mfsk调制方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种可提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，将直接使用MFSK所占用的总带宽分为若干子频带，并将待发送的0/1流分组，每个子频带分别使用MFSK发送对应分组的0/1流；各频带信号同时发射，在频带间实现频分复用。该方法基于多进制频移键控调制方式，利用频分复用的高频带利用率和非相干MFSK的高可靠性提高了水声通信系统的性能。相比直接使用MFSK的调制方式，在频带宽度不变的情况下提高了频带利用率，从而提高了通信速率。

Description

一种提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法
技术领域
本发明属于水声通信领域，涉及一种提高水声通信速率的多频带MFSK(MultipleFrequency-shift Keying，多进制频移键控)调制方法。
背景技术
由于水声信道的复杂、随机多变等特性，在水声通信中，在对信号的可靠性要求非常高的情况下，非相干的FSK调制仍是不可替代的方式。但对总带宽直接使用MFSK受制于调制方式的限制，每个符号周期只发送一种频率信号。如果为追求通信速率而增大进制数M，则意味着要降低各频率间隔，牺牲系统性能。在发送波特率为RB时，频带利用率为这种在整个频带应用MFSK的方式限制了频带利用率。而多频带的方式，每个符号周期可发送多个频率的信号，且保持总带宽和符号宽度不变，同时区别于频分复用技术(FDM，Frequency Division Multiplexing)对每个频率载波都调制数据的方式，每个频带内仅适用一种频率载波，可有效对抗抗水声多普勒，保证通信可靠性。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提出一种提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法。在水声通信中，对于整个频带应用MFSK调制时，频带利用率为本发明将整个频带分成若干个子频带，对每个子频带分别使用MFSK进行调制，此时的频带利用率为突破了原有频带利用率的限制。
本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，该方法包括以下步骤：
(1)将频带分为若干子频带，对每个子频带分别使用MFSK，其中M≥2；
直接使用MFSK的调制方式，M＝m，在总系统带宽B上设计了m个频率，每个符号周期仅发送其中的一种频率，即可以发送的bit数为log2m，将总带宽B分成n个子频带，则每个子频带的宽度为每个子频带使用MFSK(M＝m/n)进行调制，保证了总带宽B不变，也保证了符号率不变。
(2)将待发送的0/1流分组，每个子频带用MFSK方式调制一组0/1流，然后将各频带的MFSK信号相加，构成多频带MFSK信号；
所述0/1流分组是将0/1流每分成一组，每组0/1流对应一个子频带，再将每组0/1流对应的多个子频带的MFSK信号加起来，形成多频带MFSK信号，每个符号周期内可以发送的bit个数为m和n选取合适的值，使得在种情况下，相比在总带宽上直接使用MFSK，多频带MFSK在每个符号周期内可以发送更多的bit，有更高的速率，频带利用率更高。
(3)解调时分别对各频带MFSK信号进行带通滤波，各频带独立解调，从而还原出发射对应的0/1流。
所述多频带MFSK信号在经过前级信号调理后输入解调器时，会通过多组带通滤波器，如步骤1中所述将直接使用MFSK(M＝m)的调制方法分成n组，则每组滤波器数量为个，对应中心频率为步骤1所述子频带中各个频率载波的频率，带宽为采用非相干解调方式对每个子频带进行独立解调，解调得到各个子频带所调制的0/1比特流，再按照发射时0/1流与子频带的映射关系进行并串转换恢复出原有0/1流。
本发明的有益效果是：本发明基于多进制频移键控(MFSK)调制方式，将原始频带分为多个子频带，对每个子频带应用MFSK，通过多个子频带相加形成多频带MFSK信号，增加每个符号周期内的传输的比特数，在频带宽度不变的情况下，增加了频带利用率，此时利用率为大于对整个频带应用MFSK调制的频带利用率
附图说明
图1是对总带宽直接使用16FSK调制示意图；
图2是基于16FSK将原始频带分为4个子频带并分别应用MFSK调制流程图；
图3是基于16FSK利用4个子频带共同调制示意图；
图4是基于16FSK利用4个子频带共同调制的解调流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实例对本发明做进一步的描述，下面的具体实施方式仅仅是一个例子，本发明的实施和保护范围不限于此。
图1是对总带宽直接使用16FSK调制示意图；对于水声通信使用的一段带宽为B的频带，发送波特率为RB时，若如图1所示直接应用16FSK，0/1流每4bit分成一组，频带利用率等于每个子频带在一个符号周期内可以传输的比特数为log216＝4。
图2是基于16FSK，将原始频带分为4个子频带并分别应用MFSK调制流程图；按照图2所示，在原始16FSK所在的频带上，将该频带分为4个子频带，并在4个子频带上分别应用4FSK，然后将4个子频带的MFSK信号相加，形成多频带MFSK信号。0/1流每2bit分成一组，每个子频带在一个符号周期内可以传输一组0/1流的信息，则4个子频带
图3是基于16FSK，利用4个子频带共同调制的示意图；如图3所示，基于16FSK，将原始频带分为4个子频带并分别应用4FSK进行调制时，应将待发送的0/1流每2个bit分成一组，在一个符号周期内，每一个子频带可以发射0/1流中的一组，故在一个符号周期内可以发送四组数据，一共可以传输的比特数为4×2＝8。而在相同的带宽上，对比图1，当使用16FSK在一个符号周期内可以传输的比特数为log216＝4，由此可见，在这种情况下当带宽和波特率不变时，频带利用率提高到了为原来的2倍。4个子频带的信号相加，就形成了多频带MFSK信号，送入D/A进行完成发射过程。要注意的是，子频带和待发送的0/1流要有一定的对应关系，比如第1个子频带中发射待发送0/1流的第1～2位，比如第2个子频带中发射待发送0/1流的第3～4位，比如第3个子频带中发射待发送0/1流的第5～6位，比如第4个子频带中发射待发送0/1流的第7～8位。
图4是基于16FSK，利用4个子频带共同调制的解调流程图；如图所示在接收端进行解调，当多频带MFSK信号输入解调器时，会通过4组带通滤波器，每组滤波器数量均为4，中心频率为图2中各子频带中各FSK信号的频率。16个滤波器用于分离出4个FSK信号，分离出的4个FSK信号按照调制时各子频和0/1流的对应关系进行排列，从而得到发射端的原始0/1流信息。
本发明基于多进制频移键控(MFSK)调制方式，将原始频带分为多个子频带，对每个子频带应用MFSK，通过多个子频带相加形成多频带MFSK信号，增加了每个符号周期内的传输的比特数，在频带宽度不变的情况下，增加了频带利用率。

Claims (4)

1.一种提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)将频带分为若干子频带，对每个子频带分别使用MFSK，其中M≥2；
(2)将待发送的0/1流分组，每个子频带用MFSK方式调制一组0/1流，然后将各频带的MFSK信号相加，构成多频带MFSK信号；
(3)解调时分别对各频带MFSK信号进行带通滤波，各频带独立解调，从而还原出发射对应的0/1流。
2.根据权利要求1所述的所述提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，其特征在于，所述步骤1具体为：直接使用MFSK(M＝m)的调制方式，在总系统带宽B上设计了m个频率，每个符号周期仅发送其中的一种频率，即可以发送的bit数为log2m，将总带宽B分成n个子频带，则每个子频带的宽度为每个子频带使用MFSK(M＝m/n)进行调制，保证了总带宽B不变，也保证了符号率不变。
3.根据权利要求1所述的所述提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，其特征在于，所述步骤2中，所述0/1流分组是将0/1流每分成一组，每组0/1流对应一个子频带，再将每组0/1流对应的多个子频带的MFSK信号加起来，形成多频带MFSK信号，每个符号周期内可以发送的bit个数为m和n选取合适的值，使得在种情况下，相比在总带宽上直接使用MFSK，多频带MFSK在每个符号周期内可以发送更多的bit，有更高的速率，频带利用率更高。
4.根据权利要求1所述的所述提高水声通信速率的多频带MFSK调制方法，其特征在于，所述步骤3具体为：所述多频带MFSK信号在经过前级信号调理后输入解调器时，会通过多组带通滤波器，如步骤1中所述将直接使用MFSK(M＝m)的调制方法分成n组，则每组滤波器数量为个，对应中心频率为步骤1所述子频带中各个频率载波的频率，带宽为采用非相干解调方式对每个子频带进行独立解调，解调得到各个子频带所调制的0/1比特流，再按照发射时0/1流与子频带的映射关系进行并串转换恢复出原有0/1流。
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