CN113438192A - 水声通信系统的信号传输方法 - Google Patents

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CN113438192A CN202110539599.6A CN202110539599A CN113438192A CN 113438192 A CN113438192 A CN 113438192A CN 202110539599 A CN202110539599 A CN 202110539599A CN 113438192 A CN113438192 A CN 113438192A
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Abstract

本发明公开了一种水声通信系统的信号传输方法、介质及设备，其中方法包括：将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；获取多个发送信号，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输；能够对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。

Description

水声通信系统的信号传输方法
技术领域
本发明涉及水声通信技术领域，特别涉及一种水声通信系统的信号传输方法、一种计算机可读存储介质和一种计算机设备。
背景技术
相关技术中，为了提高水声通信过程中系统的通信速率，往往将频带划分为多个子频带，以采用多载波传输。然而，不同频率载波信号的叠加会导致合成后的信号不再具有恒定的包络，其瞬时值会出现较大的波动，导致较大的峰均比。进而，将可能导致功率放大器工作在非线性范围，造成信号失真。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决上述技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种水声通信系统的信号传输方法，能够对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
本发明的第二个目的在于提出一种计算机可读存储介质。
本发明的第三个目的在于提出一种计算机设备。
为达到上述目的，本发明第一方面实施例提出了一种水声通信系统的信号传输方法，包括以下步骤：将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；获取多个发送信号，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输。
根据本发明实施例的水声通信系统的信号传输方法，首先，将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；然后，获取多个发送信号，即言，通过上述方式生成多个发送信息，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
另外，根据本发明上述实施例提出的水声通信系统的信号传输方法还可以具有如下附加的技术特征：
可选地，所述水声通信系统为非相干Chirp-MFSK通信系统。
可选地，所述发送信号根据以下公式生成：
Figure BDA0003071156460000021
其中，sp(t)表示第p个发送信号，N表示每个发送信号中载波信号的个数，fi表示第i个载波信号的起始频率，μ表示扫频率，
Figure BDA0003071156460000022
表示第p个发送信号中第i个载波信号的随机相位，j表示虚数单位。
可选地，所述峰均比根据以下公式计算：
Figure BDA0003071156460000023
其中，E表示数学期望。
为达到上述目的，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有水声通信系统的信号传输程序，该水声通信系统的信号传输程序被处理器执行时实现如上述的水声通信系统的信号传输方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过存储水声通信系统的信号传输程序，以使得该水声通信系统的信号传输程序在被处理器执行时实现如上述的水声通信系统的信号传输方法，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
为达到上述目的，本发明第三方面实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如上述的水声通信系统的信号传输方法。
根据本发明实施例的计算机设备，通过存储器对水声通信系统的信号传输程序进行存储，以使得处理器在执行该水声通信系统的信号传输程序时，实现如上述的水声通信系统的信号传输方法，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
附图说明
图1为根据本发明实施例的水声通信系统的信号传输方法的流程示意图；
图2为根据本发明实施例的信号峰均比优化后系统性能结果示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
相关技术中，在水声通信中采用多载波传输时，不同频率载波信号的叠加会导致合成后的信号不再具有恒定的包络，其瞬时值会出现较大的波动，导致较大的峰均比。进而，将可能导致功率放大器工作在非线性范围，造成信号失真；根据本发明实施例的水声通信系统的信号传输方法，首先，将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；然后，获取多个发送信号，即言，通过上述方式生成多个发送信息，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
为了更好的理解上述技术方案，下面将参照附图更详细地描述本发明的示例性实施例。虽然附图中显示了本发明的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本发明而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本发明，并且能够将本发明的范围完整的传达给本领域的技术人员。
为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。
图1为根据本发明实施例的水声通信系统的信号传输方法的流程示意图，如图1所示，该水声通信系统的信号传输方法包括以下步骤：
S101，将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号。
即言，将数据调制为载波信号，并为每一个载波信号添加相应的随机相位；然后，将添加了随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号，提高水声通信的信号传输速率。
需要说明的是，添加随机相位的方式可以有多种；例如，在基带添加；或者，将数据调制到中频再添加。而将数据调制为载波信号后，为每个载波信号添加相应的随机相位，相比于其他方式，可以有效地简化系统设计。
其中，水声通信系统的选取方式可以有多种。
作为一种示例，水声通信系统为非相干Chirp-MFSK通信系统。
可以理解，水声通信系统采用非相干Chirp-MFSK通信系统，则接收端采取非相干解调形式；而采取非相干解调的接收端对于信号的相位并不敏感。即言，其不需要得知接收到的信号的相位信息；因此，在发送信号中添加随机相位不会对接收端的解调产生影响。
在一些实施例中，发送信号根据以下公式生成：
Figure BDA0003071156460000031
其中，sp(t)表示第p个发送信号，N表示每个发送信号中载波信号的个数，fi表示第i个载波信号的起始频率，μ表示扫频率，
Figure BDA0003071156460000041
表示第p个发送信号中第i个载波信号的随机相位，j表示虚数单位。
在一些实施例中，如果水声通信系统为非相干Chirp-MFSK通信系统。可对同时发送的4个载波信号进行叠加，通过公式表述如下：
Figure BDA0003071156460000042
其中，s(t)表示4个不同频段Chirp信号的叠加，fi为第i个Chirp信号的起始频率，μ为扫频率。
S102，获取多个发送信号，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输。
即言，通过上述方式进行发送信号的生成，以获取到多个发送信号；然后，计算每个发送信号所对应的峰均比；从而，可以根据计算结果来选择其中峰均比最小的发送信号进行信号的传输，以降低水声通信系统中信号传输过程中信号的峰均比；防止信号失真。
在一些实施例中，峰均比根据以下公式计算：
Figure BDA0003071156460000043
其中，E表示数学期望。
在一些实施例中，根据以下公式选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输：
Figure BDA0003071156460000044
为了更好地阐述本申请所公开的水声通信系统的信号传输方法对于峰均比的调整效果，以图2为例，图2为本申请所公开的水声通信系统的信号传输方法进行峰均比优化后的性能结果图。
综上所述，根据本发明实施例的水声通信系统的信号传输方法，首先，将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；然后，获取多个发送信号，即言，通过上述方式生成多个发送信息，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
为了实现上述实施例，本发明第二方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有水声通信系统的信号传输程序，该水声通信系统的信号传输程序被处理器执行时实现如上述的水声通信系统的信号传输方法。
根据本发明实施例的计算机可读存储介质，通过存储水声通信系统的信号传输程序，以使得该水声通信系统的信号传输程序在被处理器执行时实现如上述的水声通信系统的信号传输方法，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
为了实现上述实施例，本发明实施例提出了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时，实现如上述的水声通信系统的信号传输方法。
根据本发明实施例的计算机设备，通过存储器对水声通信系统的信号传输程序进行存储，以使得处理器在执行该水声通信系统的信号传输程序时，实现如上述的水声通信系统的信号传输方法，从而实现对水声通信系统信号传输过程中信号的峰均比进行优化，降低信号的峰均比，保障功率放大器的稳定运行，防止信号失真。
本领域内的技术人员应明白，本发明的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本发明可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本发明可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本发明是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
应当注意的是，在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。单词“包含”不排除存在未列在权利要求中的部件或步骤。位于部件之前的单词“一”或“一个”不排除存在多个这样的部件。本发明可以借助于包括有若干不同部件的硬件以及借助于适当编程的计算机来实现。在列举了若干装置的单元权利要求中，这些装置中的若干个可以是通过同一个硬件项来具体体现。单词第一、第二、以及第三等的使用不表示任何顺序。可将这些单词解释为名称。
尽管已描述了本发明的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本发明范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不应理解为必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (6)

1.一种水声通信系统的信号传输方法，其特征在于，包括以下步骤：
将数据调制为载波信号，并为载波信号添加随机相位，以及对添加随机相位后的多个载波信号进行叠加，以得到发送信号；
获取多个发送信号，并计算每个发送信号的峰均比，以便根据计算结果选择峰均比最小的发送信号进行信号的传输。
2.如权利要求1所述的水声通信系统的信号传输方法，其特征在于，所述水声通信系统为非相干Chirp-MFSK通信系统。
3.如权利要求1所述的水声通信系统的信号传输方法，其特征在于，所述发送信号根据以下公式生成：
Figure FDA0003071156450000011
其中，sp(t)表示第p个发送信号，N表示每个发送信号中载波信号的个数，fi表示第i个载波信号的起始频率，μ表示扫频率，
Figure FDA0003071156450000012
表示第p个发送信号中第i个载波信号的随机相位，j表示虚数单位。
4.如权利要求3所述的水声通信系统的信号传输方法，其特征在于，所述峰均比根据以下公式计算：
Figure FDA0003071156450000013
其中，E表示数学期望。
5.一种计算机可读存储介质，其特征在于，其上存储有水声通信系统的信号传输程序，该水声通信系统的信号传输程序被处理器执行时实现如权利要求1-4中任一项所述的水声通信系统的信号传输方法。
6.一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述程序时，实现如权利要求1-4中任一项所述的水声通信系统的信号传输方法。
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