专利名称：一种基于模式调频的水声通信方法
技术领域：
本发明涉及水声通信领域，具体涉及应用于远程(> IOkm)低速水声通信中的基于模式调频的窄带非线性调频通信方法。
背景技术：
随着当今世界各国对海洋的资源开发，无论是军用还是民用领域，对水声通信技术的发展需求都越来越迫切。然而，水声信道是所有通信信道中最为复杂的信道之一。水声环境下的多径干扰和多普勒效应引起的信号频偏严重地影响水声通信性能。由于水声通信信号的衰减随着频率的升高而增加，所以水声通信中的使用频段向低频扩展导致其可用带宽也非常有限。目前水声通信系统的主要调制方式包括正交频分复用(OFDM)(如专利号CN101505291)、扩频(如专利号CN2007100890947. 7)及其它的一些调制方式，如线性调频(如专利号CN200710072561)等。在各调制方式中，OFDM主要应用于近程高速水声通信，而扩频技术则多应用于远程低速水声通信。扩频通信因其良好的保密性、强抗多径干扰和信道衰弱能力以及低信噪比的工作条件而具有重要的应用价值。但由于水声通信的带宽严重受限，使得常规的扩频技术如直接序列扩频和跳频等仅能实现较低数据率，限制了其在水声通信中的实际应用。线性调频(LMF)因为抗多普勒效应好，对相位变化不敏感，在水声通信中有着广泛的应用。线性调频信号可表示为
权利要求
1.一种基于模式调频的水声通信方法，其特征在于包括如下步骤 (1)每个符号所含比特数为m，设计由M= 2m个不同模式的调频曲线组成的调频模式组即M个调频曲线fjt)，代表M种不同的二进制符号，i = 1，L，M，即i为I M中的整数；同时，得到调频模式组对应的特征向量库
2.根据权利要求I所述的一种基于模式调频的水声通信方法，其特征在于步骤(I)中，所设计的调频模式组中，各调频模式对应的调频曲线满足不同曲线之间的形状的相似度小于预设相似度阈值d，相似度采用用两曲线的特征距离来表征；首先对拟采用的调频曲线进行特征提取得到特征向量，然后计算两两特征向量之间的特征距离，若特征向量具有η个特征值，第i、j个调频曲线的特征向量分别为
3.根据权利要求2所述的一种基于模式调频的水声通信方法，其特征在于步骤(I)中，根据所采用用的特征提取算法及实际应用中的信道状况，确设定相似度阈值d，则所设计的调频模式组中的任意两个调频曲线之间应满足条件& ^ d，选取满足条件的M个调频模式组成调频模式组，各模式对应的调频曲线的特征向量组成调频模式特征向量库Λ =认，ダ2,Λ D; 通过选择各调频曲线特征向量距离大于相似度阈值d的调频模式组，提高水声通信系统对于各调频模式的分辨能力，降低误码率。
4.根据权利要求I所述的ー种基于模式调频的水声通信方法，其特征在于在步骤(4)中，对分段信号进行瞬时频率估计，且各段内信号频率不变，分段越小，估计后所得的信号时频曲线越准确，计算量也相应提高，具体分段依据为根据信噪比估计的结果调整分段段长，在信道状况较好，信噪高于设定值时，采用较大的段长，以提高估计的效率；而在信道状况较差，信噪比低于设定值时，则采用较小的段长，提供更精确的时频曲线重现結果。
5.根据权利要求I所述的ー种基于模式调频的水声通信方法，其特征在于在步骤(6) 中，所述通过分类器处理具体为首先，对发送端采用的调频曲线进行特征提取，在此步骤中，直接采取步骤(I)中所得的调频曲线特征向量来组成调频曲线的特征向量模型组；对接收信号的重建时频曲线采用同样的方式进行特征提取，获得接收信号重建时频曲线的特征向量；将该特征向量与各个调频曲线的特征向量进行匹配处理，确定接收信号时频曲线与各调频曲线的相似度，从而准确识别判决时频曲线所属的调频模式。
全文摘要
本发明提供一种基于模式调频的水声通信方法，采用具有不同模式的调频曲线对发送信号进行调频，进而通过不同模式的调频曲线来携带不同符号信息，在发送端采用调频曲线的不同模式来携带不同的发送信号，消除了传统的调频技术中；采用独特的调频模式组，使得接收端在对时频曲线进行分类的时候，能够抵抗噪声带来的干扰，有效地降低了对于瞬时频率估计精度的要求；在接收端采用瞬时频率估计算法结合自动模式识别分类器来对发送符号进行判决，对发送的调频信号之间的正交性没有要求，能够在同一频带内使用多种调频模式携带不同信息，有效提高频谱利用率和通信数据率。
文档编号H04L27/26GK102629879SQ20121007518
公开日2012年8月8日 申请日期2012年3月21日 优先权日2012年3月21日
发明者曹晓珊, 曹燕, 杨萃, 韦岗 申请人:华南理工大学