[發明專利]一種基于時反和OFDM聯合處理的水聲通信裝置及方法

有效

• 申請號: 201210008467.1
• 申請日: 2012-01-12
• 公開（公告）號: CN102546511A
• 公開（公告）日: 2012-07-04
• 發明（設計）人: 潘翔;徐來貴
• 申請（專利權）人: 浙江大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26;H04L25/02;H04L25/03;H04B13/02
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 陳昱彤

技術領域

本發明涉及一種時反以及OFDM的水聲通信裝置及方法，屬于水聲通信技術領域。

背景技術

從上世紀90年代中后期開始，就有人逐步將正交頻分利用(Orthogonal?Frequency?Division?Multiplexing，簡稱“OFDM”)技術應用于水聲通信中，由于OFDM技術頻譜利用率高，通信速率快，發射和接收硬件實現簡單，現在OFDM通信已成為水聲通信領域研究的熱點。為了實現可靠通信，OFDM的保護間隔長度要求大于信道最大時延擴展長度，而水聲信道的時延擴展較嚴重，因此降低了OFDM水聲通信的效率。現有的辦法是提升OFDM符號的長度，這雖然提升了通信效率，但是也減少了OFDM符號的子載波頻率間隔，在動態的水聲信道中，增加了子載波間干擾(inter-carrier?interference，簡稱“ICI”)，降低了通信可靠性。

發明內容

本發明的目的是克服現有技術中OFDM水聲通信保護間隔較長、子載波間干擾較大的缺陷，提供一種基于時反和OFDM聯合處理的水聲通信裝置及方法。

為實現上述目的，本發明所采取的技術方案是：

本發明基于時反和OFDM聯合處理的水聲通信裝置包括：

信號發射機，用于形成通信信號，所述通信信號包括線性調頻信號和OFDM信號，且在線性調頻信號和OFDM信號之間插入有保護間隔，所述OFDM信號是通過將外部通信數據插入導頻數據后經OFDM調制而成；

功率放大器，用于將所述通信信號進行功率放大；

發射換能器，用于將放大后的通信信號轉化為聲信號，并將聲信號發射至水中；

接收水聽器陣，用于接收發射換能器發射至水中的聲信號，并將所述聲信號轉換為電信號；

信號接收機，用于將所述電信號轉換為數字信號并存儲；

信號處理器，該信號處理器包括：

——寬帶多普勒估計與補償模塊，用于對信號接收機存儲的數字信號進行多普勒因子的估計和寬帶多普勒補償；

——時反處理模塊，用于對經過寬帶多普勒補償后的信號進行被動時反處理；

——OFDM解調模塊，用于對經過被動時反處理的信號進行OFDM解調；

——信道估計與補償模塊，用于利用OFDM解調后的信號和采用最小二乘信道估計方法估計出水聲信道的響應，以及消除水聲信道對OFDM解調后的信號的影響；

——頻偏估計與補償模塊，用于對經過信道估計與補償模塊處理后的信號進行頻偏估計和補償。

本發明利用以上裝置進行時反和OFDM聯合處理的水聲通信方法包括如下步驟：

1)信號發射機產生線性調頻信號l(i)，并在外部通信數據中插入導頻數據而得到插有導頻數據的通信數據x(k)，將插有導頻數據的通信數據x(k)經OFDM調制成第一OFDM信號s(j)，然后在線性調頻信號l(i)和OFDM信號s(j)之間插入保護間隔形成通信信號；其中i＝1，2，…，I，I為線性調頻信號的長度；k＝1，2，…，K，K為插有導頻數據的通信數據x(k)的長度；j＝1，2，…，J，J為OFDM信號s(j)的長度，I、K、J均為大于1的正整數；

2)所述通信信號經過功率放大器放大后發送到放置于水中的發射換能器；

3)發射換能器將放大后的通信信號轉化為聲信號并發射至水中；

4)利用放置于水中的接收水聽器陣接收發射換能器發射至水中的聲信號，并將所述聲信號轉換為電信號；

5)信號接收機將接收水聽器陣所轉換的電信號轉換為數字信號Y(n)并進行存儲；

6)信號處理器中的寬帶多普勒估計與補償模塊先對所述數字信號Y(n)與線性調頻信號l(i)進行相關運算，然后利用所述相關運算的結果估計出數字信號Y(n)中的所有相鄰的兩個線性調頻信號之間的間隔時間T₂，得到如式(1-1)所示的那多普勒因子α和式(1-2)所示的插值因子D：

α＝1-T₂/T₁????????????????????????????????????(1-1)

D＝1+α????????????????????????????????????(1-2)

式(1-1)中，T₁表示信號發射機產生的兩個相鄰的線性調頻信號的間隔時間；

然后，利用所述插值因子D對所述數字信號Y(n)進行插值得到補償后的信號Y₁(n)；