基于正交载波扫扩技术的抗多途水声通信方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水声通信技术领域，特别设及一种信道多途条件下的基于正交载波扫 扩技术的抗多途水声通信方法。
【背景技术】
[0002] 扩频通信是利用特定的扩频函数在发送端将要发送的信号频谱扩展到一个很宽 的可用带宽上，在接收端使用与发送端完全相同的扩频函数作为本地解扩参考信号，通过 相关操作解扩恢复成原来的窄带信号的通信方式，具有抗干扰、抗衰落、隐蔽性好等优点。 扩频通信可通过W下几种方式实现：（1)直接序列扩频技术是在发端使用高码率的伪随机 码采用各种调制方式对要调制的低速数据进行扩频调制；(2)若利用伪随机码来控制载波 频率在一个更宽的频带内不断跳跃改变就是跳频扩频技术；（3)跳时系统是把时间轴分成 许多时隙，伪随机码控制数据的传输时隙；(4)线性调频系统中的频率扩展则是一个线性 变化的过程，扫扩调制技术就是采用线性调频信号作为载波。
[0003] 扫扩调制技术是由G.Ke化曰1首先提出的，随后德国ETOLogics公司一直致力于运 方面的研究并研制成功一系列商业货架成品；传统的扫扩技术虽然取得了极大的成功，但 在实际的应用中存在W下几个方面的缺点：（1)W较低的频谱利用率（即通信速率）换取 系统的抗多普勒能力；（2)W较大的系统工作带宽换取较好的信道多途分离能力。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的是提供一种解决传统的扫扩调制通信方法在具有较好的系统抗多 普勒能力时存在的频谱利用率较低的问题的基于正交载波扫扩技术的抗多途水声通信方 法。
[0005] 基于正交载波扫扩技术的抗多途水声通信方法，包括下述步骤：
[0006] 步骤1、发射端采用正交的线性调频信号作为载波，即正交载波，采用相位调制方 式，将二进制信息流进行编码、交织和符号映射之后调制到此正交载波上发送出去；正交载 波信号的数学表达式为Ci(t)和C2(t);
[0007] 步骤2、如图5所示，步骤1的发射信号经过信道后到达通信接收端，接收信号 Hk)送入两个并行的信号处理分支，两路信号处理分支步骤如下：
[0008] 步骤2. 1、第一路信号处理分支对接收信号r(k)依次进行帖同步、解扩、匹配滤波 并最终抽样成为基带符号序列，将基带符号序列送入内嵌二阶数字锁相环的正向判决反馈 均衡器，如图4所示，正向判决反馈均衡器执行W下步骤实现残余码间干扰的抑制：
[0009] 长度为N的接收信号r化）为
[0011] 其中，n= 0, 1，…，;x( ?)为发射信号出（?）为长度为L的信道冲激响应函 数；O(?)为加性噪声；
[0012] 判决均衡后的输出符号的表达式为
[0013]Si(k)=rfj-dibi
[0014] 其中，为均衡器的前馈系数向量，bi为均衡器的反馈系数向量，di为正向判决反 馈均衡器及反向判决反馈均衡器的判决符号；接收信号Hk)简记为r;
[0015] 步骤2. 2、第二路信号处理分支对接收信号r(k)先进行时间反转，然后对时间反 转后的信号依次进行帖同步、解扩、匹配滤波并最终抽样成为基带符号序列，并将基带符号 序列送入内嵌二阶数字锁相环的反向判决反馈均衡器，反向判决反馈均衡器执行W下步骤 实现残余码间干扰的抑制：
[0016] 长度为N的接收信号r(k)的时间反转信号为
[001引其中，表示x( ?)的时间反转；经过时间反转后的n=-化-1)，…，-1，0;
[0019] 判决均衡后的输出符号的表达式为
[0020] .V, (Zf) = r/；
[0021] 其中，f2为均衡器的前馈系数向量，b2为均衡器的反馈系数向量，CU为正向判决反 馈均衡器及反向判决反馈均衡器的判决符号；反转信号简记为
[0022] 步骤3、对步骤2的两路输出序列Si和S2进行W下形式的合并得到发射符号的估 计值J，根据估计值I实现水声通信；
[0023] J二D^ _a:"1 (足)'
[0024] 其中，函数D[ ?]表示对?进行硬判决；a为一个系数，a G [0, U ;
[002引当a= 1或者a= 0时，即变成了对两路信号任选一路的情况，当a= 1/2时 表示两路符号的等增益合并。
[0026] 本发明的有益效果在于：
[0027] 本发明使用正交载波进行信息的扫扩调制，提高了通信系统的通信速率，接收端 利用嵌入二阶锁相环的双向判决反馈均衡器进行残余多普勒的补偿W及多途扩展的抑制。 和传统的扫扩调制通信方法相比，本发明可W有效降低多途和多普勒的干扰，提高了通信 性能及通信速率，通信速率提高20%W上。同时，本发明能够W较小的系统工作带宽取得较 好的信道多途分离能力。
【附图说明】
[0028] 图1为完整的信号生成流程图；
[0029] 图2和图3为由正交载波的时频域示意图；
[0030] 图4为插入同步信号的发送波形的帖结构图；
[0031] 图5为本发明的常规判决反馈均衡器接收处理框图；
[0032]图6为本发明的双向判决反馈均衡器接收处理框图。
【具体实施方式】
[0033] 下面结合附图对本发明做进一步描述：
[0034] 基于正交载波扫扩技术的抗多途水声通信方法，设及通信技术领域，特别设及信 道多途条件下的通信方法。为了解决传统的扫扩调制通信方法在具有较好的系统抗多普勒 能力时存在的频谱利用率较低的问题，本发明使用正交载波进行信息的扫扩调制，将接收 信号Hk)分成两路，第一路对接收信号r(k)依次进行帖同步、解扩、匹配滤波并最终抽样 成为基带符号序列，并送入内嵌二阶数字锁相环的正向判决反馈均衡器，第二路对接收信 号Hk)进行时间反转后，依次进行帖同步、解扩、匹配滤波并最终抽样成为基带符号序列， 并送入内嵌二阶数字锁相环的反向判决反馈均衡器；对的两路输出序列进行合并得到发射 符号的估计值^^根据估计值^实现水声通信。本发明适用于水声通信技术领域。
【具体实施方式】 [0035] 一：基于正交载波扫扩技术的抗多途水声通信方法，包括下述步 骤：
[0036] 步骤1、发射端采用正交的线性调频信号作为载波，即正交载波，采用相位调制方 式，将二进制信息流进行编码、交织和符号映射之后调制到此正交载波上发送出去；正交载 波信号的数学表达式为Ci(t)和C2(t);
[0037] 步骤2、如图5所示，步骤1的发射信号经过信道后到达通信接收端，接收信号 Hk)送入两个并行的信号处理分支，两路信号处理分支步骤如下：
[0038] 步骤2. 1、第一路信号处理分支对接收信号r(k)依次进行帖同步、解扩、匹配滤波 并最终抽样成为基带符号序列，将基带符号序列送入内嵌二阶数字锁相环的正向判决反馈 均衡器，如图4所示，正向判决反馈均衡器执行W下步骤实现残余码间干扰的抑制：
[0039] 长度为N的接收信号r化）为 左
[0040] /-?(尿衣々(")-V(又.-") + 〇(尿），/(二化 1，-.-, .'V-I 牌占O
[0041] 其中，n= 0, 1，…，;x( ?)为发射信号出（?）为长度为L的信道冲激响应函 数；O(?)为加性噪声；
[0042] 判决均衡后的输出符号的表达式为
[0043] Si(k) =rfi-dibi
[0044] 其中，为均衡器的前馈系数向量，b1为均衡器的反馈系数向量，d1为正向判决反 馈均衡器及反向判决反馈均衡器的判决符号；接收信号Hk)简记为r;
[0045] 步骤2. 2、第二路信号处理分支对接收信号r(k)先进行时间反转，然后对时间反 转后的信号依次进行帖同步、解扩、匹配滤波并最终抽样成为基带符