JP7455428B2 - インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法 - Google Patents

インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法 Download PDF

Info

Publication number
JP7455428B2
JP7455428B2 JP2022538479A JP2022538479A JP7455428B2 JP 7455428 B2 JP7455428 B2 JP 7455428B2 JP 2022538479 A JP2022538479 A JP 2022538479A JP 2022538479 A JP2022538479 A JP 2022538479A JP 7455428 B2 JP7455428 B2 JP 7455428B2
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
communication
interference
underwater acoustic
frequency band
fbmc
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Active
Application number
JP2022538479A
Other languages
English (en)
Other versions
JP2023534326A (ja
Inventor
王彪
張明亮
朱雨男
李涵瓊
呉承希
張友文
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Jiangsu University of Science and Technology
Original Assignee
Jiangsu University of Science and Technology
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Jiangsu University of Science and Technology filed Critical Jiangsu University of Science and Technology
Publication of JP2023534326A publication Critical patent/JP2023534326A/ja
Application granted granted Critical
Publication of JP7455428B2 publication Critical patent/JP7455428B2/ja
Active legal-status Critical Current
Anticipated expiration legal-status Critical

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04B—TRANSMISSION
    • H04B13/00—Transmission systems characterised by the medium used for transmission, not provided for in groups H04B3/00 - H04B11/00
    • H04B13/02—Transmission systems in which the medium consists of the earth or a large mass of water thereon, e.g. earth telegraphy
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L27/00—Modulated-carrier systems
    • H04L27/26—Systems using multi-frequency codes
    • H04L27/2601—Multicarrier modulation systems
    • H04L27/2626—Arrangements specific to the transmitter only
    • H04L27/2627—Modulators
    • H04L27/264—Pulse-shaped multi-carrier, i.e. not using rectangular window
    • H04L27/26416—Filtering per subcarrier, e.g. filterbank multicarrier [FBMC]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L5/00—Arrangements affording multiple use of the transmission path
    • H04L5/0091—Signaling for the administration of the divided path
    • H04L5/0096—Indication of changes in allocation
    • H04L5/0098—Signalling of the activation or deactivation of component carriers, subcarriers or frequency bands
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02D—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES [ICT], I.E. INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGIES AIMING AT THE REDUCTION OF THEIR OWN ENERGY USE
    • Y02D30/00—Reducing energy consumption in communication networks
    • Y02D30/70—Reducing energy consumption in communication networks in wireless communication networks

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Mobile Radio Communication Systems (AREA)
  • Noise Elimination (AREA)

Description

本発明は、水中音響通信技術の分野、具体的に、インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法に関するものである。
ここ数十年、国内外では、水中音響高速通信に関する研究は主にマルチキャリア変調技術を主とし、その中でも直交周波数分割多重（Ｏｒｔｈｏｇｏｎａｌ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｄｉｖｉｓｉｏｎ Ｍｕｌｔｉ－ｐｌｅｘｉｎｇ、ＯＦＤＭ）技術は典型的であり、その利点は、データ伝送速度が高く、かつスペクトル利用率が高いことであるが、システムのパフォーマンスを向上させるために、ＯＦＤＭはキャリア間干渉とシンボル間干渉を克服するためにサイクリックプレフィックスを追加する必要がある。ＯＦＤＭの帯域外放射と帯域外減衰の欠点を解決するために、フィルタバンクマルチキャリア（Ｆｉｌｔｅｒ Ｂａｎｋ Ｍｕｌｔｉ－Ｃａｒｒｉｅｒ、ＦＢＭＣ）水中音響通信技術が提案され、その最大の利点・特徴は、システムがサイクリックプレフィックスなしでキャリア間干渉及びシンボル間干渉に対して強い耐性を持っていることである。ＦＢＭＣシステムのパフォーマンスは、ＯＦＤＭと比べて向上しているが、ＦＢＭＣシステムにサブキャリアとシンボルとの間の干渉が残っている。有用なシンボルが周囲のシンボルの重ね合わせによって干渉されるという問題を解決するために、空間ドメインで情報を送信するというアイデア（アクティブ化されたアンテナの一部のみが情報の送信に使用され、アクティブ化されていないアンテナはインデックス情報の送信を支援するために使用され）によって、一次元のインデックス情報を導入し、ヌルキャリアに追加し、情報を運ぶために一部のサブキャリアをアクティブ状態にし、一次元インデックス変調に基づく水中音響マルチキャリア通信が提案される。なお、狭帯域干渉（Ｎａｒｒｏｗ Ｂａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ、ＮＢＩ）は、水中音響通信環境における一般的なタイプの干渉であり、エネルギーが高く、システムの帯域幅の一部を占有し、サブキャリア間の直交性を破壊し、マルチキャリアシステムの通信性能を低下させるなどの問題を引き起こし、現在、水中音響通信分野におけるこれらの干渉回避手法に関する研究は比較的少ない。
本発明は、現在の水中音響通信環境における不連続な周波数帯域干渉の存在による通信システムの受信側での高いビット誤り率などの問題を解決するために、水中音響マルチキャリア干渉防止通信方法を提供する。
以下のステップを含む、インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法である。
ステップ１：従来の水中音響ＦＢＭＣ通信システムに一次元のインデックス情報を追加して、インデックス変調に基づくＦＢＭＣ水中音響通信システムを取得する。
ステップ２：アクティブなサブキャリアの数が異なる場合における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのビット誤り率を計算しシミュレートして、干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムとしてアクティブなサブキャリアの適切な数を決定する。
ステップ３：水中音響通信環境における不連続な周波数帯域干渉の存在を考慮して、前記ステップ２の干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭシステム通信環境に、不連続な周波数帯域干渉を加える。
ステップ４：水中音響通信環境における不連続な干渉の周波数範囲に応じて、干渉のないＦＢＭＣ－ＩＭシステムの通信周波数帯域を分割することで、不連続な周波数帯域干渉信号とエイリアシングする部分のサブキャリアはサイレントになり、干渉されていないサブキャリアはアクティブな状態を維持して通信信号を伝送し、不連続な通信周波数帯域分割を実現し、水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止通信システムを取得して、マルチキャリア水中音響の干渉防止通信を実現する。
さらに、ステップ１のＦＢＭＣ水中音響通信システムでは、システム送信側が送信情報に対してビットストリーム処理を実行し、コンステレーション変調ビットとインデックス変調ビットに分割する必要がある。送信側に入力されるデータ情報ビットをＡビット、一つのＦＢＭＣブロック内のすべてのサブキャリアの数をＭ、送信側の情報がストリーム処理後にＧグループに分割され、各グループに含まれるビット数をＰビットとする。同様に、すべてのサブキャリアＭはｇ個のサブキャリアブロックに分割され、Ｍ個のサブキャリアはＧ個のサブキャリアブロックに分割され、各サブキャリアブロックのキャリア数はＱであり、各グループのＰビット情報は、長さＱのサブキャリアブロックに対応付けてマッピングされる。各グループにおけるＰビット情報は、Ｐ１ビットとＰ２ビットの二つの部分に分割され、Ｐ１ビットはアクティブ化されたサブキャリアの位置を制御するためのインデックス変調ビットであり、Ｐ２ビットはアクティブ化されたｋ個のサブキャリアにマッピングされるコンステレーション変調ビットである。
さらに、ＦＢＭＣ－ＩＭシステムのすべてのサブキャリアは、１２８個のサブキャリアグループに分割され、各グループの４つのサブキャリアから、それぞれ４、３、２、１つのサブキャリアを選択してアクティブ化することで、アクティブ化されたサブキャリアはアクティブ状態になり、アクティブ化されていないサブキャリアはサイレント状態になり、アクティブなサブキャリアの異なる位置に応じて、インデックス信号を利用して対応付けマッピングを行い、インデックス変調を完了する。
さらに、ステップ２では、アクティブなサブキャリアの数が異なる場合における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのビット誤り率を計算しシミュレートする時、シミュレーションパラメータを次のように設定する。
ベースバンド帯域幅を６４００Ｈｚ、サブキャリアの数を５１２、ベースバンドサンプリング周波数を１２８００Ｈｚ、ＦＢＭＣシンボルの数を２０、通信周波数帯域範囲を１２．８ｋＨｚ～１９．２ｋＨｚ、信号対雑音比値の範囲を０ｄＢ～３０ｄＢに設定する。
さらに、ステップ３では、水中音響通信環境に不連続な周波数帯域干渉を加えることとしては、具体的に、通信干渉周波数帯域範囲を予め設定し、通信周波数帯域範囲内でランダム変数Ｘがランダムに生成され、かつＸは数学的な期待値μ、分散
の正規分布乱数に従い、
で表される。ｆｉｌｔｅｒ関数を用いてバンドパスフィルタを設計し、パラメータを計算して設定し、正規分布乱数
をバンドパスフィルタに通過させて、予め設定された通信干渉周波数帯域範囲内にある乱数がフィルタを通過するようにする。バンドパスフィルタを通過した乱数をフィルタバンクによって変調された送信信号と畳み込み、連続な周波数帯域干渉を取得する。不連続な周波数帯域干渉には、少なくとも２つ以上の干渉周波数帯域がある場合不連続であるため、通信周波数帯域範囲内の別の周波数帯域範囲に、別の連続な周波数帯域干渉を設定し、以下類推し、次に、これらの周波数帯域干渉を重ね合わせて、人為的に設定された不連続な周波数帯域干渉を得る。
さらに、ステップ３では、水中音響通信環境において２つの狭帯域干渉セグメントからなる不連続な周波数帯域干渉が存在するように設定され、前記干渉周波数範囲は、１４．３ｋＨｚ～１４．８ｋＨｚ及び１６．８ｋＨｚ～１７．８ｋＨｚに設定される。
さらに、ステップ４では、通信の具体的な手順としては、まず、通信信号はインデックス変調によってヌルキャリアに追加された後、インデックス変調された通信信号が取得され、次に、環境知覚によって測定された不連続な周波数帯域干渉に従って、インデックス変調された通信信号を等間隔に周波数帯域分割することで、エイリアシングする干渉信号の周波数帯域部分のすべてのサブキャリアがサイレントになり、通信信号は送信されず、エイリアシングのない部分のサブキャリアはアクティブ状態になり、さらにフィルタマルチキャリア変調を行った後、水中音響チャネルを経由して受信側に到達し、フィルタマルチキャリア復調後、環境知覚に応じて周波数帯域分割を行い、インデックス変調によって復調される通信信号を取得し、次に、ＦＢＭＣ－ＩＭ通信信号のインデックス復調と復号化を行って元の通信信号を復元する。
本発明は、以下の有益な効果を有する。本発明は、インデックス変調に基づくＦＢＭＣ水中音響干渉防止通信技術の研究により、水中音響通信環境における不連続な周波数帯域干渉の存在によるシステムの受信側での高いビット誤り率の問題を解決し、不連続な干渉の周波数範囲に応じて、ＦＢＭＣ－ＩＭシステムの通信周波数帯域を分割することで、不連続な周波数帯域干渉信号とエイリアシングする部分のサブキャリアはサイレントになり、干渉されていないサブキャリアはアクティブな状態を維持して通信信号を伝送し、不連続な通信周波数帯域分割を実現し、干渉の影響を回避する。既存の水中音響干渉防止通信技術と比べて、本発明は一定の優位性を持つ。
本発明にかかる水中音響マルチキャリア干渉防止通信方法のフローチャートである。 本発明にかかるインデックス変調に基づく水中音響ＦＢＭＣ通信システムの送信側のブロック図である。 本発明の実施形態におけるインデックス変調のサブキャリアマッピングテーブルである。 本発明の実施形態における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭのビット誤り率のシミュレーション比較図である。 本発明の実施形態における不連続な周波数帯域干渉下のシステム通信周波数帯域の概略図である。 本発明の実施形態における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭに対する干渉防止処理の手順図である。 本発明の実施形態における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止通信システムのビット誤り率の比較図である。
以下、本発明の技術的手段について、明細書の図面を参照してさらに詳細に説明する。
図２に示すように、本発明におけるインデックス変調は、空間ドメインで情報を送信するというアイデアから発展したものであり、アクティブ化されたアンテナの一部のみが情報の送信に使用され、アクティブ化されていないアンテナはインデックス情報の送信を支援するために使用される。このアイデアによれば、一次元のサブキャリア状態情報インデックス変調を水中音響ＦＢＭＣ通信システムモデルに導入することで、インデックス変調に基づく水中音響ＦＢＭＣ通信システムを得ることができる。具体的な手順を図１に示す。
ステップ１：水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムモデルでは、送信側はまず、送信される情報に対してビットストリーム処理を実行し、コンステレーション変調ビットとインデックス変調ビットに分割する。送信側に入力されるデータ情報ビットをＡビット、一つのＦＢＭＣブロック内のすべてのサブキャリアの数をＭ、送信側の情報がストリーム処理後にＧグループに分割され、各グループに含まれるビット数をＰビットとする。同様に、すべてのサブキャリアＭはｇ個のサブキャリアブロックに分割され、Ｍ個のサブキャリアはＧ個のサブキャリアブロックに分割され、各サブキャリアブロックのキャリア数はＱであり、これによって、各グループのＰビット情報は、長さＱのサブキャリアブロックに対応付けてマッピングされることができる。各グループにおけるＰビット情報は、さらに、Ｐ１ビットとＰ２ビットの二つの部分に分割されることができ、Ｐ１ビットはアクティブ化されたサブキャリアの位置を制御するためのインデックス変調ビットであり、Ｐ２ビットはアクティブ化されたｋ個のサブキャリアにマッピングされるコンステレーション変調ビットである。
サブキャリアブロックの長さＱ＝４、サブキャリアブロック内のアクティブなサブキャリアの数Ｋ＝２の場合、送信ごとに２つのサブキャリアのみがアクティブ状態になり、残りのサブキャリアはサイレント状態になる。アクティブなサブキャリア及び対応して運ばれるアクティブなサブキャリアの位置ルックアップテーブルは、図３のインデックス変調のサブキャリアマッピングテーブルによって示すことができ、テーブルのＥは、サブキャリアブロック中のアクティブ化された実際のキャリアを表し、０は、サブキャリアブロック中のサイレントなヌルキャリアを表す。
受信側でＦＢＭＣ－ＩＭ受信データシンボルを取得した後、これらのＦＢＭＣ－ＩＭデータシンボルをグループ化する。インデックス情報に応じて、テーブルルックアップ法や組合せ数法などの対応するマッピング方式を選択し、すなわち、アクティブなサブキャリア及び対応して運ばれるアクティブなサブキャリアの位置インデックス情報に従って、それらを検出して、インデックス位置の復号化及びコンステレーションシンボルの復号化を実現することができる。
ステップ２：アクティブなサブキャリアの数が異なる場合における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのビット誤り率を計算しシミュレートし、シミュレーションパラメータを次のように設定する。
ベースバンド帯域幅を６４００Ｈｚ、サブキャリアの数を５１２、ベースバンドサンプリング周波数を１２８００Ｈｚ、ＦＢＭＣシンボルの数を２０、通信周波数帯域範囲を１２．８ｋＨｚ～１９．２ｋＨｚ、信号対雑音比値の範囲を０ｄＢ～３０ｄＢに設定する。
図４に示すように、本発明の水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭのビット誤り率のシミュレーション比較図である。ＦＢＭＣ－ＩＭシステムのすべてのサブキャリアは、１２８個のサブキャリアグループ（ブロック）に分割される。各グループの４つのサブキャリアから、それぞれ４、３、２、１つのサブキャリアを選択してアクティブ化することで、アクティブ化されたサブキャリアはアクティブ状態になり、アクティブ化されていないサブキャリアはサイレント状態になり、アクティブなサブキャリアの異なる位置に応じて、インデックス信号を利用して対応付けマッピングを行い、インデックス変調を完了する。シミュレーション結果図から明らかなように、インデックス変調が導入されたＦＢＭＣ－ＩＭシステムでは、システムに多くのヌルサブキャリアが追加されているため、良好なビット誤り率性能が得られる。それと同時に、各サブキャリアグループ（ブロック）は、信号対雑音比が増加するにつれて、アクティブなサブキャリアの数が減少し、アクティブされていないサブキャリアの数が増加し、ビット誤り率が低いほど、パフォーマンスは向上する。
ステップ３：水中音響通信環境に不連続な周波数帯域干渉を加え、その設定は次のとおりでる。
通信干渉周波数帯域範囲を予め設定し、通信周波数帯域範囲内でランダム変数Ｘがランダムに生成され、かつＸは数学的な期待値μ、分散
の正規分布乱数に従い、
で表される。次に、ｆｉｌｔｅｒ関数を用いてバンドパスフィルタを設計し、パラメータを計算して設定し、フィルタ次数を決定し、実際の水中音響環境での不連続な周波数帯域干渉の周波数帯域範囲に応じて、バンドパスフィルタの周波数範囲
を設定し、ここで、Ｗｎは不連続な干渉周波数帯域の周波数範囲であり、ｎは不連続な干渉周波数帯域の数である（例えば、図５に示す場合、フィルタ次数を１０００に設定し、２つのバンドパスフィルタパラメータを、
及び
に設定する）。次に、上記の正規分布乱数を前記バンドパスフィルタに通過させて、予め設定された通信干渉周波数帯域範囲内にある乱数がフィルタを通過するようにする。さらに、バンドパスフィルタを通過した乱数をフィルタバンクによって変調された送信信号と畳み込むことで、連続な周波数帯域干渉が簡単に得られる。不連続な周波数帯域の干渉は、少なくとも２つ以上の干渉周波数帯域がある場合のみ不連続であると言える。同様に、通信周波数帯域範囲内の別の周波数帯域範囲に、別の連続な周波数帯域干渉を設定する。以下類推し、次に、これらの周波数帯域干渉を重ね合わせて、人為的に設定された不連続な周波数帯域干渉を得ることができる。
図５に示すように、本発明の不連続な周波数帯域干渉下のシステム通信周波数帯域の概略図である。ここでは、干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭシステム通信環境に、２つの狭帯域干渉セグメントからなり、干渉周波数範囲が、１４．３ｋＨｚ～１４．８ｋＨｚ及び１６．８ｋＨｚ～１７．８ｋＨｚに設定される、不連続な周波数帯域干渉を加える。
ステップ４：ステップ３での水中音響通信環境における不連続な干渉の周波数範囲に応じて、システムの通信周波数帯域を分割する。
図６に示すように、本発明の水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭに対する干渉防止処理の概略図である。まず、通信信号はインデックス変調によってヌルキャリアに追加された後、インデックス変調された通信信号が取得され、次に、環境知覚によって測定された不連続な周波数帯域干渉に従って、インデックス変調された通信信号を等間隔に周波数帯域分割することで、エイリアシングする干渉信号の周波数帯域部分のすべてのサブキャリアがサイレントになり、通信信号は送信されず、エイリアシングのない部分のサブキャリアはアクティブ状態になり、
を取得し、
について、さらにフィルタマルチキャリア変調を行った後、水中音響チャネルを経由して受信側に到達し、フィルタマルチキャリア復調後、
を取得し、環境知覚に応じて周波数帯域分割を行い、インデックス変調によって復調される通信信号
を取得し、次に、ＦＢＭＣ－ＩＭ通信信号のインデックス復調と復号化を行って元の通信信号を復元して、
を取得する。
最後に、本発明の実施形態における水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止通信システムをシミュレートして、ビット誤り率を計算・分析する。
図７に示すように、本発明の水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止通信システムのビット誤り率の比較図である。水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムの通信周波数帯域範囲が１２．８ｋＨｚ～１９．２ｋＨｚ、不連続な干渉周波数の干渉周波数範囲が１４．３ｋＨｚ～１４．８ｋＨｚ及び１６．８ｋＨｚ～１７．８ｋＨｚにおいて、不連続な周波数帯域干渉下の水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムに対して干渉防止処理を行い、不連続な通信周波数帯域分割を実現し、シミュレーション結果図から分かるように、信号対雑音比の増加に伴い、水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止システムは、不連続な周波数帯域干渉条件下において、不連続な干渉を受ける周波数帯域でのサブキャリアをサイレント処理した後、ビット誤り率は未処理のＦＢＭＣ－ＩＭシステムよりも大幅に低く、かつ処理後の干渉防止システムと干渉がない場合のシステムとのビット誤り率の差は小さい。これは、干渉処理方式が通信信号と干渉信号間のエイリアシング問題を効果的に解決し、受信側のビット誤り率を明らかに低減し、システムの干渉防止能力を大幅に向上させることを示している。
上記の説明は、本発明の好ましい実施形態にすぎず、本発明の保護範囲は、上記の実施形態に限定されず、本発明に開示される内容に基づいて当業者によって行われる同等の修正または変更は、いずれも特許請求の範囲に記載される保護範囲内に含まれるべきである。

Claims (7)

  1. 従来の水中音響ＦＢＭＣ通信システムに一次元のインデックス情報を追加して、インデックス変調に基づく水中音響ＦＢＭＣ通信システムを取得する、ステップ１と、
    様々なアクティブなサブキャリアの数のマッピング方式に対応する異なるインデックス変調下での水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのビット誤り率を計算しシミュレートして、干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムとしてアクティブなサブキャリアの適切な数を決定する、ステップ２と、
    水中音響通信環境における不連続な周波数帯域干渉の存在を考慮して、前記ステップ２の干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムの通信環境に、不連続な周波数帯域干渉を加える、ステップ３と、
    水中音響通信環境における不連続な周波数帯域干渉の周波数範囲に応じて、干渉のない水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムの通信周波数帯域を分割することで、不連続な周波数帯域干渉信号とエイリアシングする部分のサブキャリアがサイレントになり、干渉されていないサブキャリアがアクティブな状態を維持して通信信号を伝送し、不連続な通信周波数帯域分割を実現し、水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ干渉防止通信システムを取得して、マルチキャリア水中音響の干渉防止通信を実現する、ステップ４と、
    を含むことを特徴とするインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  2. ステップ１の水中音響ＦＢＭＣ通信システムでは、システム送信側が送信側によって送信される情報に対してビットストリーム処理を実行し、コンステレーション変調ビットとインデックス変調ビットに分割する必要があり、送信側によって送信される情報をＡビット、一つのＦＢＭＣブロック内のすべてのサブキャリアの数をＭ、送信側によって送信される情報がストリーム処理後にＧグループに分割され、各グループに含まれるビット数をＰビットとし、同様に、すべてのサブキャリアＭがｇ個のサブキャリアブロックに分割され、各サブキャリアブロックのキャリア数がＱであり、各グループのＰビット情報が、長さＱのサブキャリアブロックに対応付けてマッピングされ、各グループにおけるＰビット情報は、Ｐ１ビットとＰ２ビットの二つの部分に分割され、Ｐ１ビットがアクティブ化されたサブキャリアの位置を制御するためのインデックス変調ビットであり、Ｐ２ビットがアクティブ化されたｋ個のサブキャリアにマッピングされるコンステレーション変調ビットであることを特徴とする、請求項１に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  3. 水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのすべてのサブキャリアが、１２８個のサブキャリアグループに分割され、各グループの４つのサブキャリアから、それぞれ４、３、２、１つのサブキャリアを選択してアクティブ化することで、アクティブ化されたサブキャリアがアクティブ状態になり、アクティブ化されていないサブキャリアがサイレント状態になり、アクティブなサブキャリアの異なる位置に応じて、インデックス信号を利用して対応付けマッピングを行い、インデックス変調を完了することを特徴とする、請求項２に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  4. ステップ２では、様々なアクティブなサブキャリアの数のマッピング方式に対応する異なるインデックス変調下での水中音響ＦＢＭＣ－ＩＭ通信システムのビット誤り率を計算しシミュレートする時、シミュレーションパラメータを次のように設定し、
    ベースバンド帯域幅を６４００Ｈｚ、サブキャリアの数を５１２、ベースバンドサンプリング周波数を１２８００Ｈｚ、ＦＢＭＣシンボルの数を２０、通信周波数帯域の範囲を１２．８ｋＨｚ～１９．２ｋＨｚ、信号対雑音比値の範囲を０ｄＢ～３０ｄＢに設定することを特徴とする、請求項１に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  5. ステップ３では、水中音響通信環境に不連続な周波数帯域干渉を加えることとしては、具体的に、通信干渉周波数帯域範囲を予め設定し、通信周波数帯域の範囲内でランダム変数Ｘがランダムに生成され、かつＸが数学的な期待値μ、分散
    の正規分布乱数に従い、
    で表され、ｆｉｌｔｅｒ関数を用いてバンドパスフィルタを設計し、パラメータを計算して設定し、正規分布乱数
    をバンドパスフィルタに通過させて、予め設定された通信干渉周波数帯域範囲内にある乱数がフィルタを通過するようにし、バンドパスフィルタを通過した乱数をフィルタバンクによって変調された送信信号と畳み込み、連続な周波数帯域干渉を取得し、不連続な周波数帯域干渉には、少なくとも２つ以上の干渉周波数帯域がある場合不連続であるため、通信周波数帯域の範囲内の別の周波数帯域範囲に、別の連続な周波数帯域干渉を設定し、次に、これらの周波数帯域干渉を重ね合わせて、人為的に設定された不連続な周波数帯域干渉を得ることを特徴とする、請求項１に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  6. ステップ３では、水中音響通信環境において２つの狭帯域干渉セグメントからなる不連続な周波数帯域干渉が存在するように設定され、干渉周波数範囲が、１４．３ｋＨｚ～１４．８ｋＨｚ及び１６．８ｋＨｚ～１７．８ｋＨｚに設定されることを特徴とする、請求項１に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
  7. ステップ４では、通信の具体的な手順としては、まず、通信信号がインデックス変調によってヌルキャリアに追加された後、インデックス変調された通信信号が取得され、次に、環境知覚によって測定された不連続な周波数帯域干渉に従って、インデックス変調された通信信号を等間隔に周波数帯域分割することで、エイリアシングする干渉信号の周波数帯域部分のすべてのサブキャリアがサイレントになり、通信信号が送信されず、エイリアシングのない部分のサブキャリアがアクティブ状態になり、さらにフィルタマルチキャリア変調を行った後、水中音響通信環境を経由して受信側に到達し、フィルタマルチキャリア復調後、環境知覚に応じて周波数帯域分割を行い、インデックス変調によって復調される通信信号を取得し、次に、ＦＢＭＣ－ＩＭ通信信号のインデックス復調と復号化を行って元の通信信号を復元することを特徴とする、請求項１に記載のインデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法。
JP2022538479A 2021-06-15 2021-11-01 インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法 Active JP7455428B2 (ja)

Applications Claiming Priority (3)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CN202110663298.4 2021-06-15
CN202110663298.4A CN113395117B (zh) 2021-06-15 2021-06-15 一种基于索引调制的多载波水声抗干扰通信方法
PCT/CN2021/127830 WO2022262172A1 (zh) 2021-06-15 2021-11-01 一种基于索引调制的多载波水声抗干扰通信方法

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JP2023534326A JP2023534326A (ja) 2023-08-09
JP7455428B2 true JP7455428B2 (ja) 2024-03-26

Family

ID=77621272

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
JP2022538479A Active JP7455428B2 (ja) 2021-06-15 2021-11-01 インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法

Country Status (3)

Country Link
JP (1) JP7455428B2 (ja)
CN (1) CN113395117B (ja)
WO (1) WO2022262172A1 (ja)

Families Citing this family (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN113395117B (zh) * 2021-06-15 2022-09-09 江苏科技大学 一种基于索引调制的多载波水声抗干扰通信方法
CN113950101B (zh) * 2021-11-25 2024-01-23 江苏科技大学 一种多载波索引调制系统及方法
CN116016076A (zh) * 2021-12-23 2023-04-25 江苏科技大学 滤波器组联合子载波多维索引调制水声通信系统及方法
CN114422013B (zh) * 2021-12-23 2023-12-08 中国人民解放军63921部队 自适应抗干扰卫星通信方法、装置、系统及设备

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108933749A (zh) 2018-06-08 2018-12-04 天津大学 新型混叠广义频分复用多载波调制系统
CN111355677A (zh) 2018-12-20 2020-06-30 常熟海量声学设备科技有限公司 一种基于滤波器组的多载波水下高速通信系统

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101043311B (zh) * 2006-03-20 2011-01-26 松下电器产业株式会社 实现混合频分多址的频率分配和检测方法
US20080063122A1 (en) * 2006-09-07 2008-03-13 Gwo-Jia Jong Method for suppressing co-channel interference from different frequency
WO2008072188A1 (en) * 2006-12-12 2008-06-19 Koninklijke Philips Electronics, N.V. Communication device and method of communication that provide a silent period for detection and avoidance
CN103002515B (zh) * 2011-09-16 2017-11-24 华为技术有限公司 静默模式指示方法、静默模式下的数据传输方法及装置
CN108809454B (zh) * 2017-05-05 2020-06-16 华为技术有限公司 干扰测量方法和设备
CN108736936B (zh) * 2018-05-18 2020-10-27 西安交通大学 一种多天线系统中抗窃听的索引调制正交频分复用传输方法
CN110808933A (zh) * 2019-11-08 2020-02-18 江苏科技大学 基于小波包变换的索引调制水声多载波通信方法
CN112260720B (zh) * 2020-10-16 2022-01-11 西安电子科技大学 基于索引调制的涡旋电磁波跳模-频抗干扰系统和方法
CN113395117B (zh) * 2021-06-15 2022-09-09 江苏科技大学 一种基于索引调制的多载波水声抗干扰通信方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN108933749A (zh) 2018-06-08 2018-12-04 天津大学 新型混叠广义频分复用多载波调制系统
CN111355677A (zh) 2018-12-20 2020-06-30 常熟海量声学设备科技有限公司 一种基于滤波器组的多载波水下高速通信系统

Non-Patent Citations (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
Jian ZHANG et al.，"Combination-selection algorithm for FBMC-IM System"，2017 9th International Conference on Wireless Communications and Signal Processing (WCSP)，2017年10月，DOI: 10.1109/WCSP.2017.8171193

Also Published As

Publication number Publication date
JP2023534326A (ja) 2023-08-09
WO2022262172A1 (zh) 2022-12-22
CN113395117A (zh) 2021-09-14
CN113395117B (zh) 2022-09-09

Similar Documents

Publication Publication Date Title
JP7455428B2 (ja) インデックス変調に基づくマルチキャリア水中音響干渉防止通信方法
Cimini Analysis and simulation of a digital mobile channel using orthogonal frequency division multiplexing
KR100777314B1 (ko) 다중 반송파 시스템들을 위한 신호 성상도
KR101822763B1 (ko) 일정한 엔벨로프를 가진 신호를 전송하기 위한 방법 및 장치
CA2421768C (en) Cyclic delay diversity for mitigating isi in ofdm systems
KR100498953B1 (ko) 불충분한 주기적 프리픽스를 사용하는 직교 주파수 분할다중화 시스템을 위한 송수신 장치 및 방법
Al‐Jawhar et al. Improving PAPR performance of filtered OFDM for 5G communications using PTS
CN106027444A (zh) 一种子载波调制ofdm系统的峰均比抑制方法
Gautier et al. Efficient wavelet packet modulation for wireless communication
Shen et al. Error performance of rectangular pulse-shaped OTFS with practical receivers
CN111585688B (zh) 一种基于索引调制的ocdm水声通信方法
CN111092638B (zh) 空频二维索引调制系统中发射信号的产生方法
Lizeaga et al. Evaluation of 5G modulation candidates WCP-coqam, GFDM-OQAM, and FBMC-OQAM in low-band highly dispersive wireless channels
JP4932641B2 (ja) 通信装置におけるピーク電力低減装置
CN107592280B (zh) 一种结合信道估计避免pts发送边带信息的方法
Stanciu et al. Considerations regarding the spectral efficiency of orthogonal frequency division multiplexing
CN107566311B (zh) 基于资源块滤波rb f-ofdm系统的传输方法
Khalifa et al. A comparative study for RNS coding scheme performance in OFDM and SC-FDMA Systems
Xingxin et al. Optimal wavelet packet based multicarrier modulation over multipath wireless channels
CN106534026A (zh) 一种数据序列处理方法及相关设备
CN108282438A (zh) 基于数据驱动多子载波映射的二维数据隐蔽传输方法
Soysa et al. Precoding and receiver processing for multiple access MIMO FBMC systems
Ahmed Performance Analysis of OFDM, FBMC and UFMC Techniques
KR20170060862A (ko) Ｏｆｄｍ 통신에서 주파수 오프셋에 강인한 송신기 및 수신기
Rajasekhar et al. Reduction of Peak-to-Average Power Ratio in Orthogonal Frequency Division Multiplexing System Using Haar Wavelet Approach

Legal Events

Date Code Title Description
A621 Written request for application examination

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621

Effective date: 20220621

A131 Notification of reasons for refusal

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131

Effective date: 20230905

A521 Request for written amendment filed

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523

Effective date: 20231205

TRDD Decision of grant or rejection written
A01 Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01

Effective date: 20240305

A61 First payment of annual fees (during grant procedure)

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61

Effective date: 20240306

R150 Certificate of patent or registration of utility model

Ref document number: 7455428

Country of ref document: JP

Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150