[發明專利]基于輔助導頻的多子帶水聲抗多普勒調制解調方法與裝置

有效

• 申請號: 201210046347.0
• 申請日: 2012-02-27
• 公開（公告）號: CN102571677A
• 公開（公告）日: 2012-07-11
• 發明（設計）人: 寧更新;樊國勇;韋崗
• 申請（專利權）人: 華南理工大學
• 主分類號: H04L27/26
• 分類號: H04L27/26
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍

技術領域

本發明涉及水聲通信領域，具體涉及一種抗多普勒頻移的多子帶頻率調制解調方法。

背景技術

在無線通信系統中，當發送者或接收者在運動中通信時，接收者接收信號的頻率會發生變化，稱為多普勒效應，這是任何波動過程都具有的特性。

多普勒頻移嚴重影響著通信的質量。信號在傳輸的過程中發生多普勒頻偏，在頻域上就會產生顯著的頻移擴散，從而在時域上引起信號時間選擇性衰落，造成接收和解調的錯誤。同時對于多載波系統來說，時間選擇性衰落容易破壞子載波間的正交性，從而引起子載波間干擾和在信道跟蹤時造成不準確。

多普勒頻移是無線通信系統中普遍存在但又難以解決的問題，在水聲通信中，同樣存在著多普勒頻偏，而且更為嚴重。表1是淺海水聲信道和陸地GSM無線電信號的特性比較：

表1

??參數??GSM900信道??淺海水聲信道??載波頻率??900MHz??5KHz-50KHz??信道帶寬??200KHz??10KHz??波速??3×10^-8m/s??1500m/s??發射、接收端相對移動速度??50km/h??10km/h??多普勒因子??4.6×10^-8??1.85×10^-3

從上表看出，水聲信道的帶寬比無線電信道的帶寬小得多，同時由于水聲信道載波的速度遠小于陸地無線電信道的電磁波速度，導致水聲通信的多徑時延和多普勒因子都與陸地無線電信道相差了多個數量級。另外水底環境的復雜性也加大了多普勒頻偏問題。為了解決帶寬問題，需要研究一種高效的通信模式，例如陸上的正交頻分復用技術(OFDM)，但由于水聲信道中的多普勒頻偏問題更為嚴重，所以不能把陸上成熟的通信模式原封不動的移至水聲通信中，必須加以改進或者提出更適合水聲通信的方法。

目前來說，水聲通信很大一部分是采用改進的OFDM通信模式。OFDM作為一種高效的多載波通信模式，能很好的解決水聲信道帶寬資源緊缺的問題，但在水聲信道中應用多載波系統，就必須解決多普勒頻偏問題。最常用的改進方法就是進行多普勒頻移補償：通過在每幀信號的始端和末端添加識別信息，在接收端就可以估計出接收信號的長度，而發射時一幀信號的長度是已知的，通過二者的對比可以得到該幀伸縮/擴展的情況，即其多普勒系數，最后通過時域插值對幀信號中每個子載波進行多普勒補償。這種方法易于實現，結構簡單，但對識別信息的要求較高。為了能準確的辨識出幀長度，識別信號必須滿足大的時寬帶寬乘積(簡稱BT)，而且必須采用對多普勒頻移不敏感的信號(如線性調頻信號)。但BT取得越大，也就意味著辨識信號的長度越長，必然會降低數據的傳輸效率。這兩個因素相互制約，選擇較好的多普勒補償，就必然會犧牲傳輸的效率。本發明提出的調制方法能很好的解決這個問題，采用輔助導頻的方法，既能提高多普勒系數估算的精度，又不會降低信號的傳輸速率。

發明內容