CN110518986A - 一种降低峰平比的信道压缩方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种降低峰平比的信道压缩方法，在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低；在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响，提高通信速率。

Description

一种降低峰平比的信道压缩方法
技术领域
本发明涉及水声通信技术，主要是一种降低峰平比的信道压缩方法。
背景技术
随着海洋科学和海洋开发的发展，水声通信技术日渐成为研究重点，其中高速水声通信主流技术水声OFDM通信方法已经成为研究热点。
水声OFDM通信技术的优点在于带宽利用率高，相较于水声扩频通信技术、水声频移键控技术，其通信速率大大提高。但是水声OFDM通信技术也有其自身的技术缺陷：①水声OFDM技术存在峰平比(峰值功率与平均功率比值)较大的缺陷。这导致水声通信系统发射机端的功率放大器的线性动态范围必须非常宽泛。如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，则会使信号畸变，破坏各个子载波信号之间的正交性，恶化通信性能。②水声OFDM技术通过在符号之间加入保护间隔来克服水声信道多途扩展引起的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)，但是当多途扩展严重时，保护间隔的长度需要相应增加，这导致通信速率下降。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种降低峰平比的信道压缩方法，该方法既可以降低水声OFDM信号峰平比，又可以压缩信道，提高通信速率。
本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种降低峰平比的信道压缩方法，在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低；在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响。
更进一步的，所述发射端，发射采用单声源发射：
(1)将源信息装载在预设的子载波上；
(2)将第(1)步处理结果进行逆傅里叶变换；
(3)在第(2)步处理结果后面，添加保护间隔，即一段全零的空白，再经过载波调制，生成原始水声OFDM信号x0(t)；
(4)生成一段线性调频信号p(t)，将其作为信道探针信号，p(t)频带宽度覆盖x0(t)；
(5)将x0(t)经过一个冲激响应为p(t)的滤波器，生成改进水声OFDM信号x(t)；
(6)生成发射信号y(t)，其依次包括：p(t)、一段空白、x(t)，将y(t)经过D/A转化和功率放大以后发射到水中。
更进一步的，所述接收端，接收采用多阵元接收，阵元编号1、2、3、...、J；
(1)经过解调、同步后，获取第j个阵元接收信号yr(t)，yr(t)包括接收的探针信号pr(t)和接收的改进水声OFDM信号xr(t)；
(2)将yr(t)送入信道压缩处理器进行处理，得到结果zj(t)；
(3)将各个通道的zj(t)相加得到z(t)，再对z(t)依次进行去保护间隔、多普勒补偿、傅里叶变换、信道估计与均衡，最后得到解码结果。
作为优选，所述步骤(2)中的具体步骤为：(a)从yr(t)中截取pr(t)和xr(t)；(b)将pr(t)进行时间翻转处理得到pr(-t)；(c)将xr(t)经过一个冲激响应为pr(-t)的滤波器，生成zj(t)。
本发明的有益效果为：本发明在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低。同时在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响，提高通信速率。
附图说明
图1为水声OFDM系统发射框图；
图2为没滤过波和滤过波的OFDM信号峰平比互补累计分布函数比较图；
图3为所提方法的水声OFDM系统接收框图；
图4为信道压缩处理器；
图5为湖试估计信道；
图6为湖试数据计算的R(t)和解码星座图。
具体实施方式
下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：
本实施例中水声OFDM信号中心频率3kHz，带宽为2.4kHz，采样率48kHz，子载波数量为K＝256个，1个OFDM符号长度为106ms，保护间隔的长度是OFDM符号的1/4为26.5ms。线性调频中心频率3kHz，带宽为2.4kHz，脉宽256ms。发射端的框图如图1所示，在发射端，发射采用单声源发射：
(1)将源信息dk装载在预设的子载波上得到X(f)，即X(f)＝[d1,d2,...,d256]；
(2)将X(f)进行逆傅里叶变换得即
(3)在后面，添加保护间隔，即一段全零的空白，再经过载波调制，生成原始水声OFDM信号x0(t)；
(4)生成一段线性调频信号p(t)，将其作为信道探针信号，因为p(t)与x0(t)均为中心频率3kHz，带宽2.4kHz，所以p(t)频带宽度覆盖x0(t)；
(5)将x0(t)经过一个冲激响应为p(t)的滤波器，生成改进水声OFDM信号x(t)，即x(t)＝x0(t)*p(t)，图2为没滤过波和滤过波的水声OFDM信号(即x0(t)和x(t))峰平比互补累计分布函数比较图，如图所示，在10-2处，滤过波的峰平比比没滤过波的峰平比小了大约0.3dB，说明经过滤波处理后水声OFDM信号峰平比下降了；
(6)生成发射信号y(t)，其依次包括：p(t)、一段空白、x(t)，即y(t)＝[p(t),0,0,...,0,x(t)]，将y(t)经过D/A转化和功率放大以后发射到水中；
接收端的框图如图3所示，在接收端，接收采用多阵元接收，阵元编号1、2、3、...、J：
(1)经过解调、同步后，获取第j个阵元接收信号yr(t)，yr(t)包括接收的探针信号pr(t)和接收的改进水声OFDM信号xr(t)，其中pr(t)＝p(t)*hj(t)，xr(t)＝x(t)*hj(t)＝x0(t)p(t)hj(t)，hj(t)为声源到第j个接收阵元的信道冲激响应函数；
(2)将yr(t)送入信道压缩处理器(如图4)进行处理，得到结果zj(t)，具体步骤为：(a)从yr(t)中截取pr(t)和xr(t)；(b)将pr(t)进行时间翻转处理得到pr(-t)，则pr(-t)＝p(-t)*hj(-t)；(c)将xr(t)经过一个冲激响应为pr(-t)的滤波器，生成zj(t)，则zj(t)＝xr(t)*pr(-t)＝x0(t)*p(t)*hj(t)*p(-t)*hj(-t)；
(3)将各个通道的zj(t)相加得到z(t)，则
令则z(t)＝x0(t)*R(t)，可见R(t)可以等效为原始水声OFDM信号经过的信道，因为序列的自相关函数呈“单峰”状，因此R(t)相比hj(t)被压缩，最后对z(t)依次进行去保护间隔、多普勒补偿、傅里叶变换、信道估计与均衡，最后得到解码结果。图5为某次湖试时，利用8元接收阵接收信号估计得到的信道，信道多途扩展约为120ms，图6为多个阵元信号(分别为1个阵元、2个阵元、4个阵元和8个阵元)合并处理时计算得到的R(t)以及对应的解码星座图，可见R(t)的多途扩展在7ms以内，信道被压缩，并且当8个阵元信号合并处理时，星座图清晰，解码性能良好。
可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种降低峰平比的信道压缩方法，其特征在于：在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低；在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响。
2.根据权利要求1所述的降低峰平比的信道压缩方法，其特征在于：所述发射端，发射采用单声源发射：
(1)将源信息装载在预设的子载波上；
(2)将第(1)步处理结果进行逆傅里叶变换；
(3)在第(2)步处理结果后面，添加保护间隔，即一段全零的空白，再经过载波调制，生成原始水声OFDM信号x0(t)；
(4)生成一段线性调频信号p(t)，将其作为信道探针信号，p(t)频带宽度覆盖x0(t)；
(5)将x0(t)经过一个冲激响应为p(t)的滤波器，生成改进水声OFDM信号x(t)；
(6)生成发射信号y(t)，其依次包括：p(t)、一段空白、x(t)，将y(t)经过D/A转化和功率放大以后发射到水中。
3.根据权利要求1所述的降低峰平比的信道压缩方法，其特征在于：所述接收端，接收采用多阵元接收，阵元编号1、2、3、...、J；
(1)经过解调、同步后，获取第j个阵元接收信号yr(t)，yr(t)包括接收的探针信号pr(t)和接收的改进水声OFDM信号xr(t)；
(2)将yr(t)送入信道压缩处理器进行处理，得到结果zj(t)；
(3)将各个通道的zj(t)相加得到z(t)，再对z(t)依次进行去保护间隔、多普勒补偿、傅里叶变换、信道估计与均衡，最后得到解码结果。
4.根据权利要求3所述的降低峰平比的信道压缩方法，其特征在于：所述步骤(2)中的具体步骤为：(a)从yr(t)中截取pr(t)和xr(t)；(b)将pr(t)进行时间翻转处理得到pr(-t)；(c)将xr(t)经过一个冲激响应为pr(-t)的滤波器，生成zj(t)。
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