专利名称：基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法及装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及水声通信接收领域，尤其涉及一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法及装置。
背景技术：
在水声信道中，由于多径传播造成的水声传播多径效应较为严重，同时具有较大的多普勒频移。采用多载波方式的水声通信能够提高符号持续时间，从而降低了信道多径造成的符号间干扰。然而，多载波水声通信容易受多普勒频移的影响，需要采取有效的补偿措施。现有的多载波水声通信接收方法，是在接收端信号下变频之前完成对多普勒频移的补偿，然后对补偿后的各个载波进行匹配接收。这种做法面临的问题在于下变频前数据采样率高，数据量大，而且对多普勒频移的补偿和匹配接收是由两个独立的处理模块来执行的，从而对处理平台的存储容量和计算能力都有较高的要求，进而导致接收机模块多，并且结构复杂。
发明内容
本发明的目的是提供一种能够克服上述缺陷的基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法及装置。在本发明的第一方面，提供了一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法，包括:对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号；对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；以及对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果。在本发明的第二方面，提供了一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配装置，包括:模数转换模块，用于对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号；下变频模块，用于对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；以及补偿匹配模块，用于对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果。在本发明的第三方面，提供了一种接收机，包括:模数转换模块，用于对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号；下变频模块，用于对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；补偿匹配模块，用于对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果；以及解映射模块，用于对所述各子载波匹配结果进行解映射，得到所述多载波上承载的信息。本发明通过采用快速算法对下变频后的复基带信号同时进行多载波匹配和多普勒频移补偿，将多载波匹配和多普勒频移补偿的功能合二为一，降低了计算复杂度和存储容量的要求，简化了接收机的结构。
图1是根据本发明实施例的多载波水声通信系统的示意框图；图2是根据本发明实施例的基于chirp-z变换的匹配示意图；图3是根据本发明实施例的多载波匹配方法的流程图；图4是根据本发明实施例的多载波匹配装置的示意框图；图5是根据本发明的多载波匹配方法输出的星座图与直接匹配未做多普勒补偿输出的星座图的对比图；以及图6根据本发明的多载波匹配方法和现有技术的计算量的对比图。
具体实施例方式下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。图1是根据本发明实施例的多载波水声通信系统的示意框图。发送端/发射机将各路编码信号映射到对应的多载波调制的子载波上，映射后的编码信号经过串并转换之后，再进行逆傅里叶变换IFFT以完成对其的调制，然后经过数字模拟DA转换后经由天线发射。最终，发送端同时在M个子载波上发射调制符号，M个子载波的频率分别为:
权利要求
1.一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法，包括: 对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号； 对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；以及 对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据相对多普勒值对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波 匹配的步骤包括: 根据所述复基带信号rbb(n)、相对多普勒值8、所述多载波的发送端的中心频率f。、所述多载波的发送端的子载波间隔Af 和所述模数转换的采样率Fs，计算出第一序列f(n)，其中，所述相对多普勒值S是预先得到的且不为O，其反映了所述多载波信号的发送端和接收端的相对运动状况； 将所述第一序列f (n)与第二序列FFT {h (n)}进行卷积得到第三序列g (k)，所述第二序列FFT{h (n)}是根据相对多普勒值S、所述多载波的发送端的子载波间隔Af和所述模数转换的采样率Fs预先计算得出的；以及 根据所述第三序列g(k)、相对多普勒值S、所述多载波的发送端的子载波间隔Af 和所述模数转换的采样率Fs对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，计算出补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果元。
3.根据权利要求2所述的方法，其中， m = rbb (n)A-W^ ,A = exPp和—f ，W =/去}，g (k) =IFFT {FFT {h (n)} *FFT {f (n)}}，/,( ) = ，式=W^g{k), O 彡 k 彡 M_1， IFFTH表示逆快速傅里叶变换，FFT{}表示快速傅里叶变换。M为所述多载波信号的子载波数量。
4.根据权利要求3所述的方法，还包括: 存储^^1 FFT{h(n)}了和相对多普勒值5的当前值； 将所述相对多普勒值S的当前值与上一次存储的相对多普勒值进行比较； 如果比较结果为相等，则用上一次存储的、FFT{h(n)}^的值进行当前的所述f (n)、所述g(k)和所述元的计算。
5.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，计算出补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果的步骤包括: 在相对多普勒值为O的情况下，对所述复基带信号rbb(n)进行时频变换得到所述多载波信号中的各子载波匹配结果，其中，所述相对多勒值是预先得到的，其反映了所述多载波信号的发送端和接收端的相对运动状况。
6.一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配装置，包括: 模数转换模块，用于对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号；下变频模块，用于对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；以及 补偿匹配模块，用于对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果。
7.根据权利要求6所述的装置，其中，所述补偿匹配模块包括: 第一序列计算模块，用于根据所述复基带信号rbb(n)、相对多普勒值8、所述多载波的发送端的中心频率f。、所述多载波的发送端的子载波间隔△ f和所述模数转换的采样率Fs，计算出第一序列f(n)，其中，所述相对多普勒值8是预先得到的且不为O，其反映了所述多载波信号的发送端和接收端的相对运动状况； 第三序列计算模块，用于将所述第一序列f(n)与第二序列FFT{h (n)}进行卷积得到第三序列g(k)，所述第二序列FFT{h(n)}是根据相对多普勒值S、所述多载波的发送端的子载波间隔Af 和所述模数转换的采样率Fs预先计算得出的；以及 匹配结果计算模块，用于根据所述第三序列g(k)、相对多普勒值8、所述多载波的发送端的子载波间隔△ f和所述模数转换的采样率Fs对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，计算出补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果元。
8.根据权利要求7所述的装置，其中，
9.根据权利要求8所述的装置，还包括 存储模块，用于存储、A-XWN2/2、FFT{h(n)}、Wk2/2和相对多普勒值δ的当前值； 比较模块，用于将所述相对多普勒值S的当前值与上一次存储的相对多普勒值进行比较； 如果比较结果为相等，则所述匹配补偿模块用上一次存储的A-nWn2/2、FFT{h(n)}、Wk2/2的值进行当前的所述f(n)、所述g(k)和dk所述元的计算。
10.一种接收机，包括如权利要求6-9之一所述的基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配装置，和解映射模块，所述解映射模块用于对所述各子载波匹配结果进行解映射，得到所述多载波上承载的信息。
全文摘要
本发明涉及一种基于多普勒频移补偿的水声通信多载波匹配方法，包括对接收的多载波模拟信号进行模数转换，得到多载波数字信号；对所述多载波数字信号进行下变频，得到所述多载波的复基带信号；以及对所述复基带信号同时进行多普勒频移补偿和子载波匹配，得到补偿了多普勒频移后的所述多载波信号中的各子载波匹配结果。本发明通过采用快速算法对下变频后的复基带信号同时进行多载波匹配和多普勒频移补偿，将多载波匹配和多普勒频移补偿的功能合二为一，降低了计算复杂度和存储容量的要求，简化了接收机的结构。
文档编号H04L25/02GK103117978SQ20131002756
公开日2013年5月22日 申请日期2013年1月24日 优先权日2013年1月24日
发明者武岩波, 朱敏, 朱维庆 申请人:中国科学院声学研究所