专利名称：多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统及方法
技术领域：
本发明涉及水声通信技术领域，具体涉及一种多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统及方法。
背景技术：
水声通信技术是当代海洋资源开发、监测、军事防备中的重要手段，与无线电通信和有线通信相比，水声信道是一个时变、空变、频变的随机窄带信道，严重的多径干扰和多普勒频偏是水声通信误码率居高不下的主要原因，多径传播效应、海流影响、能量在海底的传播等因素引起信号时域展宽，从而引起频率选择性衰落；收发平台间相对运动、海流(如潮汐、内波、漩涡等)的影响、海面运动引起的散射、海水中的信号衰落等会引起多径信号的多普勒扩展，即一种由多普勒频移现象引起的信号衰落过程的频率扩展，又称时间选择性衰落。当水质一定时，多普勒频移与载波频率以及移动台的移动速度都成正比。
现有的水声通信技术大多利用正交频分复用(OFDM, Orthogonal Frequency DivisionMultiplexing)技术和扩频技术，OFDM技术是一种多载波调制方式，是克服频率选择性衰落的有效手段。其基本思想是将高速率信号流分成多路正交子信道，各子信道的载波间保持正交，频谱相互重叠，减少了子信道间的干扰，具有非常高的频谱利用率，尽管整个信道有可能是极不平坦的衰落信道，但在各子信道上的衰落却是近似平坦的，所以可抗频率选择性衰落。但是水声信道带宽较窄，多普勒频移现象严重，且信道不稳定，具有时变性，水声信道随机呈现深衰落，若直接利用OFDM技术，将水声信道划分成连续的正交子信道来传输信号，不仅会引起较大的载频偏移，而且不同时刻处于深衰落的子信道使系统平均误码率提高。所以不适合将OFDM技术直接应用于水声领域，需要对子载波的分配做出适当的调整以适应水下环境。
克服信道多径产生码间干扰的最简单的方法是在各码片之间留有足够长的等待时隙，使其码元间的时间间隔大于多径最大时延，但是水声通信最大多径时延达到毫秒级，且水声通信中作为信号载波的(超)声波传播速度大约是M50m/s,传输速度慢，所以该方法会导致通信速率很低。扩频技术具有抗干扰、抗多途、保密性强和易于实现码分多址许多窄带通信所不具备的优良性能，而且扩频信号的相关增益可以使得在负信噪比的条件下进行信号的恢复，适用于水下低性噪比的环境。但水声通信可用频带有限，多径效应使码元速率不可太大，所以扩频序列脉宽通常较大，若把现有的扩频调制技术单独地引入到水声通信系统中，将导致扩频水声系统承载的信息速率很低。
多径干扰问题也可以通过分集技术来解决，如多输入多输出(MIMO， Multiple I叩utMultiple Output)技术，MIMO技术是无线移动通信领域智能天线技术的重大突破，MIMO技术充分开发空间资源，利用多个天线实现多发多收，各发射天线同时发送的信号占用同一个频带，在不需要增加频谱资源和天线发送功率的情况下，可以成倍地增大信道容量、提高传输速率。MIMO技术在一定程度上可以利用传播中多径分量，也就是说MIMO可以抗多径衰落，但是对水声信道中存在的频率选择性衰落，MIMO技术依旧无能为力。
综上所述，针对MIMO技术在频率选择性衰落信道中存在不足，引入OFDM技术来克服，但需要对OFDM技术中子载波的分配做出适当的调整以适应水下环境，同时可利用MIMO技术来提高传输速率，以弥补由于扩频而造成通信速率下降的缺点。MIMO技术、OFDM技术及扩频技术相互结合，取长补短，可有效地抑制水声信道的多径干扰和信号的频率选择性衰落，降低系统的平均误码率，提高传输速率。在这个基础上，本发明专利提出了一种多输入多输出选择性正交频分复用的水声系统的实现方案，另外，由于水声系统传输速率低，一般是几十kbps，现有DSP芯片如TMS320C62X，其运算能力达到1600MIPS，所以可通过现有的DSP芯片来实现此方案。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的缺点与不足，在数字信号处理技术和高速器件发展的基础上，将MIMO编码技术和扩频技术以及OFDM技术通过硬件结合在一起，提出一种多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，该系统能够抗多径干扰、抗频率选择性深衰落、降低系统的平均误码率、增大信道容量、提高信息传输速率、提高保密性、补偿多普勒频移，实现水下高可靠性通信。
本发明的另一目的在于提供多输入多输出选择性正交频分复用水声通信方法。本发明的目的通过以下技术方案实现的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，包括发射机和接收机，其特征在于所述发射机包括空间复用单元、若干个扩频单元、子载波置零单元、若干个OFDM调制单元、多声纳发射单元、信道估计单元，其中若干个扩频单元一一对应连接在空间复用单元的若干个输出端与子载波置零单元的若干个输入端之间，若干个OFDM调制单元一一对应连接在子载波置零单元的若干个输出端与多声纳发射单元的若干个输入端之间；所述接收机包括多声纳接收单元、若干个OFDM解调单元、信道频域均衡单元、若干个解扩单元和空间解复用单元，若干个OFDM解调单元一一对应连接在多声纳接收单元的若干个输出端与信道频域均衡单元的若干个输入端之间，若干个解扩单元一一对应连接在信道频域均衡单元的若干个输出端与空间解复用单元的若干个输入端之间；所述信道估计单元分别与子载波置零单元及信道频域均衡单元连接。
所述每个OFDM调制单元包括依次连接的一个IFFT变换子模块、 一个添加CP子模块、一个并串变换子模块，IFFT变换子模块与子载波置零单元连接，并串变换子模块与多声纳发射单元连接；所述每个OFDM解调单元包括依次连接的一个串并变换子模块、 一个移除CP子模块、 一个FFT变换子模块，并串变换子模块与多声纳接收单元连接，FFT变换子模块与信道频域均衡单元连接。
所述每个扩频单元包括一个复制模块和N个扩频相乘器，复制模块的输入端与空间复用单元的一个输出端连接，复制模块的N个输出端与N个扩频相乘器一一对应连接，每个扩频相乘器与IFFT变换子模块连接；所述每个解扩单元包括N个解扩相乘器、 一个合并模块，每个解扩相乘器与FFT变换子模块连接，合并模块的N个输入端与N个解扩相乘器一一对应连接，合并模块的输出端与空间复用单元的一个输入端连接。
所述扩频相乘器的扩频码序列为伪随机码序列。
所述添加CP子模块的循环前缀的时间长度为水声信道的最大时延扩展均方根值的2~4倍；符号周期长度是循环前缀长度的5倍。
所述子载波置零单元用于根据信道估计单元发送的信道频域响应幅值参数设定一个门限值，并判断所有的子载波上对应的信道响应值是否大于该门限值；若子载波上对应的信道响应幅值大于或等于该门限值，则允许该子载波用于传输信号；否则，将该子载波上传输的信号设置为零，不允许该子载波用于传输信号。
本发明的另一目的采用如下技术方案实现多输入多输出选择性正交频分复用水声通信方法，包括以下步骤步骤1，在发送端，空间复用单元对通信数据进行分层空时编码后发
给扩频单元；扩频单元采用同一个扩频码对数据进行扩频后发给子载波置零单元；子载波置
零单元根据信道估计单元发送的信道频域响应幅值参数设定一个门限值，并判断所有的子载波上对应的信道响应值是否大于该门限值，若子载波上对应的信道响应幅值大于或等于该门限值，则允许该子载波用于传输信号，否则将该子载波上传输的信号设置为零，不允许该子
载波用于传输信号;OFDM解调单元对由子载波置零单元传输过来的通信数据进行符号映射、串并变换、IFFT变换、并串变换、添加CP、 D/A转换后发送到多声纳发射单元；多声纳发射单元在通信数据里面添加用于检测多普勒频移的固定谱线信号，再将其发送到水声信道；步骤2，在接收端，多声纳接收单元从水声信道接收信号并对其进行滤波、多普勒频移补偿后发送给OFDM解调单元；OFDM解调单元将信号经过A/D转换、移除CP、串并变换、FFT变换、并串变换、解映射后将信号发送到信道频域均衡单元；信道频域均衡单元利用信道估计单元给出的信道频域响应幅值对信号进行频域均衡，将均衡后的数据发送到解扩单元；解扩单元用扩频单元中用过的同一个扩频码对其进行解扩，将解扩后的数据发送给空间解复用单元；空间解复用单元将解扩单元发送来的数据进行分层空时解码。
本发明的工作原理为首先对传统的OFDM技术做了如下改进判断通信信道状况，找到适合传输信号的子信道，对于信道状况差的子信道将不用于传输信号，若信道出现变化，重新判断并选择适合传输信号的子信道，以实现选择性OFDM调制的目的。在改进后的OFDM技术基础上所进行的通信过程为在发送端，通信数据通过空间复用单元501进行分层空时编码，之后得到发射到若干个扩频单元502的数据；各个扩频单元502将数据由同一个扩频码扩频，将扩频后的数据发给子载波置零单元503;子载波置零单元503和信道估计单元506对通信数据进行处理后发送给与每个扩频单元502对应的OFDM解调单元508，各个OFDM解调单元508按照图3所示对通信数据进行符号映射、串并变换后再进行反快速傅立叶变换(IFFT, Inverse Fast Fourier Transform),再经过并串变换，添力B CP， D/A转换，发送到多声纳发射单元505;多声纳发射单元505在通信数据里面添加用于检测多普勒频移的固定谱线信号，再将其发送到水声信道。在接收端，多声纳接收单元507从水声信道接收信号并对其进行滤波、多普勒频移补偿，再将信号发送给若干个OFDM解调单元508;各个OFDM解调单元508将信号经过A/D转换，移除CP,再经过串并变换，快速傅立叶变换(FFT,Fast Fourier Transform)及并串变换后，对其进行解映射，之后将信号发送到信道频域均衡单元509;信道频域均衡单元509利用信道估计单元506给出的信道频域响应幅值对信号进行频域均衡，将均衡后的数据发送到若干个解扩单元510;各个解扩单元510用扩频单元502中用过的同一个扩频码对其进行解扩，将解扩后的数据发送给空间解复用单元511;空间解复用单元511将各个解扩单元发送来的数据进行分层空时解码后获得所述通信数据。
由上述技术方案及工作原理可知，本发明在数字信号处理技术和高速器件发展的基础上，将MIMO编码技术、扩频技术和OFDM技术通过硬件结合在一起，充分利用各自的优点，实现高可靠性通信的水声通信系统。和现有技术相比，具有如下优点
1、由于MIMO空间复用技术可以在不需要增加频带的条件下，增大信道容量，提高传输速率，并能抗水声信道多径干扰。
2、 扩频技术具有抗干扰、抗多途、保密性强等优点，而且扩频信号的相关增益可以使得在负信噪比的条件下进行信号的恢复，适用于水下低性噪比的环境。
3、 OFDM技术可以抑制信号的频率选择性衰落，增大带宽利用率，通过子载波置零的方法使不同时刻处于深衰落的子信道没有传输信号从而降低系统的平均误码率，并且能够用简单的信道均衡技术满足系统性能要求。同时发送端使用IFFT调制，替换掉使用传统的硬件变频方式，直接实现多个子载波调制的功能，简化了硬件电路。
4、 通过对固定谱线的频移检测，可估计多普勒频移，以对信号进行频移补偿。
图1为单个OFDM子信道的频谱；
图2为OFDM的整个频谱；
图3为一个OFDM系统的框图4为一个MIMO空间复用系统框图5为多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统框图，其中501—空间复用单元，502—扩频单元，503—子载波置零单元，504~OFDM调制单元，505—多声纳发射单元，506一信道估计单元，507—多声纳接收单元，508—OFDM解调单元，509—信道频域均衡单元，510—解扩单元，511—空间解复用单元；
图6为本发明一个实施例中水声信道的频域响应；图7为本发明一个实施例中判断所有子信道之后的信道频域响应；
图8为本发明所述多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统发射机的实施例的结构示意图其中，810~MIMO空间复用模块，820—复制模块，830—OFDM调制模块，831一IFFT变换子模块，832—添加CP子模块，833—并串变换子模块，840—发射声纳阵列，850一信道估计模块，860—子载波置零单元；
图9为本发明所述多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统接收机的实施例的结构示意图其中，910—接收声纳阵列，920—滤波检测模块，930—OFDM解调模块，931—串并变换子模块，932—移除CP子模块，933—FFT变换子模块，940—信道估计与均衡模块，950—合并模块，960—MIMO空间解复用模块。
具体实施例方式
下面结合附图来详细描叙本发明，但本发明的实施方式不限于此。实施例
图1所示为单个OFDM子信道的频谱，图2所示为OFDM信道的整个频谱，图3所示为一个OFDM系统的框图。通过在OFDM符号前面添加循环前缀(CP, Cyclic Prefix),可克服多径引起的码间干扰；并且能够用简单的信道频域均衡技术满足系统性能要求。
扩频调制系统是通过注入一个更高频率的信号将基带信号扩展到一个更宽的频带内的射频通信系统，即发射信号的能量被扩展到一个更宽的频带内使其看起来如同噪声一样。在本发明中，将传输信号与一个扩频码相乘实现扩频。
MIMO技术大致可分为空时编码和空间复用两种，其中空时编码技术能够提高分集增益，从而降低信号的误码率。空间复用可以在不需要增加频带的条件下，增大信道容量，从而提高传输速率。收发信机可以采用水声换能器阵方式实现MIMO技术，如图4所示为一个MIMO空间复用系统框图。
本发明基于频谱图如图2所示的OFDM信道、系统框图如图3所示的OFDM系统、系统框图如图4所示的空间复用系统，提出多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其结构框图如图5所示，包括发射机和接收机，发射机包括空间复用单元501、若干个扩频单元502、子载波置零单元503、若干个OFDM调制单元504、多声纳发射单元505、信道估计单元506，其中若干个扩频单元502 —一对应连接在空间复用单元501的若干个输出端与子载波置零单元503的若干个输入端之间，若干个OFDM调制单元504 —一对应连接在子载波置零单元503的若干个输出端与多声纳发射单元505的若干个输入端之间；接收机包括多声纳接收单元507、若干个OFDM解调单元508、信道频域均衡单元509、若干个解扩单元510和空间解复用单元511，若干个OFDM解调单元508——对应连接在多声纳接收单元507的若干个输出端与信道频域均衡单元509的若干个输入端之间，若干个解扩单元510 —一对应连接在信道频域均衡单元509的若干个输出端与空间解复用单元511的若干个输入端之间；信道估计单元506分别与子载波置零单元503及信道频域均衡单元509连接。发射机的多声纳发射单元505通过水声信道与接收机的信道估计单元506、多声纳接收单元507连接。
所述信道估计单元506对水声信道传输信号时产生的各条多径时延及幅度衰减参数进行估计，计算出信道频域响应，将所计算出的各个子信道上对应的频率响应幅值参数发送到子载波置零单元503和信道频域均衡单元509。例如信道估计单元506经过估计得出水声信道的四径模型，设最短路径延迟时间为0s，各条路径的相对延迟时间为0ms， 0.07ms， 0.61ms,0.61ms， 0.82ms，归一化幅度衰减分别为0dB， -1.49 dB， -0.22 dB， -1.74 dB，则信道估计单元506计算出信道频域响应，如图6所示，并将所计算出的信道频域响应的参数发送到子载波置零单元503。
所述子载波置零单元503根据信道估计单元506发送的信道频域响应幅值参数设定一个 门限值，如图6所示，并判断所有的子载波上对应的信道响应值是否大于该门限值。若某子 载波上对应的信道响应幅值大于或等于该门限值，则允许该子载波用于传输信号；否则，将 该子载波上传输的信号设置为零，不允许该子载波用于传输信号，使不同时刻处于深衰落的 子信道没有传输信号从而降低系统的平均误码率，判断所有子信道之后的信道频域响应，如 图7所示，最后将通信数据发送到与每个扩频单元502对应的OFDM解调单元508。
所述多声纳发射单元505在信号通信所占频带之外增加用于检测多普勒频移的固定谱线 信号，再将信号发送到水声信道；多声纳接收单元507对接收信号进行滤波，并根据固定谱 线信号的频移对滤波信号进行多普勒频移补偿。
本实施例中，发射机电路模块如图8所示，空间复用单元501采用MIMO空间复用模块 810，扩频单元设有Nt个，Nt个OFDM调制单元504组成OFDM调制模块830，每个OFDM 调制单元504包括依次连接的一个IFFT变换子模块831、 一个添加CP子模块832、 一个并 串变换子模块833, IFFT变换子模块与子载波置零单元连接，并串变换子模块与多声纳发射 单元连接；多声纳发射单元505包括Nt个发射声纳840。 MIMO空间复用单元810将需要传
送的通信数据S(f)经过分层空时编码分为Nt条支路并行传送，成为W(f)'&(^…'^v,(f)、 分别发送到Nt个扩频单元所在的支路。对Nt个扩频单元中的任一个来说，每个扩频单元包 括一个复制模块820和N个扩频相乘器，复制模块的输入端与空间复用单元的一个输出端连 接，复制模块的N个输出端与N个扩频相乘器一一对应连接，每个扩频相乘器与IFFT变换 子模块831连接;发送到扩频单元的每个信息符号通过复制模块820复制为N个相同的数据， 再由一个特定的长度为N的扩频码片对其扩频。设第z'条支路上的数据S'^) G、l，2，…，iV') 中第乂个符号S'(力，通过复制模块820复制为长度为N的序列^,.C/),S,C/), ，&(_/)};再将扩
频码(c(i),c(2),…,c(iv》与序列(SC/),s,a),…,s,.C/》相乘实现扩频，得到序列 {^7')*^:(1)，5*'(7)*0:2)，'''^'0)*^:(/0}。其中扩频码序列可采用伪随机码(即PN码)序列，
PN序列是别人不知道的，相当于对称加密的密钥，即起到保密的作用。扩频后的数据送入 OFDM调制模块830。
本实施例中，信道估计模块850对水声信道进行估计得出信道频域响应，如图6所示， 一共分为64个子信道，将此参数信息发送到子载波置零单元860。子载波置零单元860根据 信道估计模块850发送的信道频域响应幅值参数设定一个门限，如图6所示；然后判断所有
10的子载波，如图7所示，得出用于传输信号的子信道编号是13 18， 20~23， 32~42， 52~55， 57~62， 一共有31个可用子载波，将此编号信息G发送到OFDM调制模块830。
OFDM调制模块830将扩频单元发来的数据中按照编号信息G重新补零组合，形成长度 为64的序列{0,0,…，S,(_/)*C(l),S,(力*C(2),…，S,(/)*C(31)}(在此例中假设iV232 )，从而使
数据由上述可用子信道传送，再对重新组合的数据送入IFFT变换子模块831对数据进行符号 映射，然后进行反快速傅立叶变换(Inverse Fast Fourier Transform, IFFT)，即数据
(0,0，…，S,C/"C(l),SC/"C(2),…，5;(/rC(31)〉被映射为"》2，…，^U，再将其进行IFFT变
换，得到W，《，…，《J，通过添加CP子模块832对数据进行添加CP得到W，《，…，d，其
中添加的CP的时间长度应该为水声信道的最大时延扩展均方根值的2 4倍，即使添加CP 后的信号周期长度为CP的5倍，才能有效克服OFDM的码间干扰，再通过并串变换子模块
833进行并串变换，将串行数据{《，《，'''，°^}的帧头信息中添加子信道编号信息G和信道频 域响应信息H后发送到与之相连的发射声纳840; Nt个发射声纳40将接收到的信号调制到 载频上，并在通信数据所占频带之外，增加固定的、持续的、用于检测多普勒频移的谱线信 号， 一起通过水声信道发送出去。
本实施例中，接收机电路模块如图9所示，多声纳接收单元507包括Nr个接收声纳910， Nr个接收声纳910分别与Nr个滤波检测模块920 —一对应连接，滤波检测模块与OFDM解 调单元连接；Nr个OFDM解调单元508组成OFDM解调模块930，每个OFDM解调单元508 包括依次连接的一个串并变换子模块931、 一个移除CP子模块932、 一个FFT变换子模块 933，并串变换子模块通过滤波检测模块与多声纳接收单元连接，FFT变换子模块与信道频域 均衡单元连接；信道频域均衡单元509采用信道估计与均衡模块940;解扩单元设有Nr个， 对Nr个解扩单元中的任一个来说，每个解扩单元包括N个解扩相乘器、 一个合并模块950, 每个解扩相乘器与FFT变换子模块连接，合并模块的N个输入端与N个解扩相乘器一一对 应连接，合并模块的输出端与空间复用单元的一个输入端连接；空间解复用单元511采用 MIMO解复用单元960。其中，Nt=Nr。
在Nr个接收声纳之中，第z'条支路上的接收声纳910接收水声信道中的信号，并将其发
送到与之相连的滤波检测模块920。滤波检测模块920对接收信号进行滤波、多普勒频移补
偿，得到串行数据{^,5, ，(}、帧头子信道编号信息G和信道频域响应信息H，再将数据
一个个发送到与之相连的OFDM解调单元。OFDM解调单元接收滤波检测模块920发送过来的帧头子信道编号信息G、信道频域响
应信息H和串行数据(；,^,…,^;)，将^;,s,…，^^通过串并变换子模块93i进行串并变换,
得到并行数据{^，^，...，^;}并发送到移除cp子模块932进行删除cp，得到数据
并发送到FFT变换子模块933进行FFT变换，得到通信数据(巧，:^,…,^)，
将通信数据进行解映射，得(瓦,^"，…,^^,将(H…,5^、子信道编号信息G和信道频 域响应信息H发送到信道估计与均衡模块940。
信道估计与均衡模块940利用信道频域均衡响应信息h，对数据(g，:^,…,^^进行频域
均衡，得到(5,5,…,^7^C(l),5^^C(2),i^7^C(31))，利用子信道编号信息G将上述数据
中对应着不可用子载波的编号的数据去掉，重新整合数据，再将其发送到第z'条支路上的解扩 单元，对Nr个解扩单元中的任一个来说，每个解扩单元由N个解扩相乘器和1个合并模块 950组成，合并模块950将接收信号^U^C(l),巧7^C(2),…,^7^C(iV》乘以扩频因子
(C(1),C(2),…,C(A^，并进行合并得到解扩信号^，将此数据发送到MIMO解复用单元
960。 MIMO解复用单元960将Nr个合并模块950发送来的数据{^，^，..'，^^}进行分
层空时解码后获得所述通信数据^ 。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式
，但本发明的保护范围并不局限于此，任何 熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵 盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权力要求的保护范围为准。
权利要求
1.多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，包括发射机和接收机，其特征在于所述发射机包括空间复用单元、若干个扩频单元、子载波置零单元、若干个OFDM调制单元、多声纳发射单元、信道估计单元，其中若干个扩频单元一一对应连接在空间复用单元的若干个输出端与子载波置零单元的若干个输入端之间，若干个OFDM调制单元一一对应连接在子载波置零单元的若干个输出端与多声纳发射单元的若干个输入端之间；所述接收机包括多声纳接收单元、若干个OFDM解调单元、信道频域均衡单元、若干个解扩单元和空间解复用单元，若干个OFDM解调单元一一对应连接在多声纳接收单元的若干个输出端与信道频域均衡单元的若干个输入端之间，若干个解扩单元一一对应连接在信道频域均衡单元的若干个输出端与空间解复用单元的若干个输入端之间；所述信道估计单元分别与子载波置零单元及信道频域均衡单元连接。
2. 根据权利要求1所述的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其特征在于 所述每个OFDM调制单元包括依次连接的一个IFFT变换子模块、 一个添加CP子模块、一个并串变换子模块，IFFT变换子模块与子载波置零单元连接，并串变换子模块与多声纳发 射单元连接；所述每个OFDM解调单元包括依次连接的一个串并变换子模块、 一个移除CP子模块、 一个FFT变换子模块，并串变换子模块与多声纳接收单元连接，FFT变换子模块与信道频域 均衡单元连接。
3. 根据权利要求2所述的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其特征在于 所述每个扩频单元包括一个复制模块和N个扩频相乘器，复制模块的输入端与空间复用单元的一个输出端连接，复制模块的N个输出端与N个扩频相乘器一一对应连接，每个扩频 相乘器与IFFT变换子模块连接；所述每个解扩单元包括N个解扩相乘器、 一个合并模块，每个解扩相乘器与FFT变换子 模块连接，合并模块的N个输入端与N个解扩相乘器一一对应连接，合并模块的输出端与空 间复用单元的一个输入端连接。
4. 根据权利要求3所述的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其特征在于-所述扩频相乘器的扩频码序列为伪随机码序列。
5. 根据权利要求2所述的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其特征在于 所述添加CP子模块的循环前缀的时间长度为水声信道的最大时延扩展均方根值的2~4倍；符号周期长度是循环前缀长度的5倍。
6. 根据权利要求1所述的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统，其特征在于: 所述子载波置零单元用于根据信道估计单元发送的信道频域响应幅值参数设定一个门限值，并判断所有的子载波上对应的信道响应值是否大于该门限值；若子载波上对应的信道响应幅 值大于或等于该门限值，则允许该子载波用于传输信号；否则，将该子载波上传输的信号设 置为零，不允许该子载波用于传输信号。
7. 根据权利要求1所述系统的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信方法，其特征在于包括以下步骤步骤1，在发送端，空间复用单元对通信数据进行分层空时编码后发给扩频单元；扩频 单元采用同一个扩频码对数据进行扩频后发给子载波置零单元；子载波置零单元根据信道估 计单元发送的信道频域响应幅值参数设定一个门限值，并判断所有的子载波上对应的信道响 应值是否大于该门限值，若子载波上对应的信道响应幅值大于或等于该门限值，则允许该子 载波用于传输信号，否则将该子载波上传输的信号设置为零，不允许该子载波用于传输信号； OFDM解调单元对由子载波置零单元传输过来的通信数据进行符号映射、串并变换、IFFT变 换、并串变换、添加CP、 D/A转换后发送到多声纳发射单元；多声纳发射单元在通信数据里 面添加用于检测多普勒频移的固定谱线信号，再将其发送到水声信道；步骤2，在接收端，多声纳接收单元从水声信道接收信号并对其进行滤波、多普勒频移 补偿后发送给OFDM解调单元；OFDM解调单元将信号经过A/D转换、移除CP、串并变换、 FFT变换、并串变换、解映射后将信号发送到信道频域均衡单元；信道频域均衡单元利用信 道估计单元给出的信道频域响应幅值对信号进行频域均衡，将均衡后的数据发送到解扩单元；解扩单元用扩频单元中用过的同一个扩频码对其进行解扩，将解扩后的数据发送给空间解复 用单元；空间解复用单元将解扩单元发送来的数据进行分层空时解码。
全文摘要
本发明涉及具有抗多径干扰、抗频率选择性深衰落、提高信息传输速率等优点的多输入多输出选择性正交频分复用水声通信系统及方法，其中系统的发射机包括空间复用单元、若干个扩频单元、子载波置零单元、若干个OFDM调制单元、多声纳发射单元、信道估计单元，扩频单元连接在空间复用单元与子载波置零单元之间，OFDM调制单元连接在子载波置零单元与多声纳发射单元之间；接收机包括多声纳接收单元、若干个OFDM解调单元、信道频域均衡单元、若干个解扩单元和空间解复用单元，OFDM解调单元连接在多声纳接收单元与信道频域均衡单元之间，解扩单元连接在信道频域均衡单元与空间解复用单元之间；信道估计单元分别与子载波置零单元及信道频域均衡单元连接。
文档编号H04L27/26GK101631099SQ20091004168
公开日2010年1月20日 申请日期2009年8月5日 优先权日2009年8月5日
发明者宁更新, 玲 崔, 燕 曹, 岗 韦 申请人:华南理工大学