[發明專利]一種音頻播放中嵌入多載波聲波通信的方法

有效

• 申請號: 201510329624.2
• 申請日: 2015-06-15
• 公開（公告）號: CN105049128B
• 公開（公告）日: 2017-09-19
• 發明（設計）人: 李宇;魏新元;譚洪舟;農革
• 申請（專利權）人: 廣東順德中山大學卡內基梅隆大學國際聯合研究院;中山大學
• 主分類號: H04B11/00
• 分類號: H04B11/00
• 代理公司: 廣州粵高專利商標代理有限公司44102
• 代理人: 林麗明

技術領域

本發明涉及無線通信技術領域，更具體地，涉及一種音頻播放中嵌入多載波聲波通信的方法。

背景技術

近年來，無線通信技術飛速發展，濾波器組多載波(FBMC，FilterBankMulti-carrier)由于其相對OFDM技術有更高頻率利用率，在感知無線電和多接入通信系統中得到廣泛研究和應用。

在FBMC聲波通信系統中，由于原始數據經過發送端編碼調制以后，通過麥克風產生的是一定頻率范圍內的聲波，在人耳聽到的是讓人難以接受的噪聲，容易對周圍環境和用戶體驗造成不良影響。因此，如何掩蓋這種噪聲成為必須要解決的問題。

發明內容

本發明為解決以上現有技術的缺陷，提供了一種音頻播放中嵌入多載波聲波通信的方法，用以掩蓋FBMC聲波通信系統通信過程中產生的噪聲。

為實現以上發明目的，采用的技術方案是：

一種音頻播放中嵌入多載波聲波通信的方法，將發送端濾波器組發送各路子載波的方法簡化為相乘的IFFT和PPN矩陣；然后提取一段原始音頻信號的功率譜包絡信息，將原始音頻信號的功率譜和經過IFFT后的各路子載波的頻譜進行相乘從而對各路子載波的頻譜功率進行修改，修改后的各路子載波的頻譜與PPN矩陣相乘后再與原始音頻信號的功率譜相加，得到一段接近原始音頻信號功率譜的聲波信號并將該聲波信號向接收端濾波器組進行發射；接收端濾波器組接收到聲波信號后進行解調，獲得原始數據。

上述方案中，本發明提供的方法通過對多載波聲波通信的各路子載波的頻譜功率進行修改，修改后的各路子載波的頻譜與PPN矩陣相乘后再與原始音頻信號的功率譜相加，得到一段接近原始音頻信號功率譜的聲波信號，該聲波信號能夠掩蓋FBMC聲波通信系統通信過程中產生的噪聲。

優選地，將發送端濾波器組簡化為相乘的IFFT和PPN矩陣的具體過程如下：

發送端濾波器組包含的濾波器的頻率響應H(f)表示為：其中Z＝e^i2πf，h_i表示脈沖響應系數，L表示脈沖響應系數h_i的長度；根據擴展FFT方法，濾波器頻率響應的Z變換H(Z)表示如下：

令濾波器的脈沖響應系數h_i的長度為兩個因子的乘積即L＝kM，則Z變換表示為：

H_p(Z^M)包含了頻率響應的相位偏移，設發送端濾波器組第一個濾波器頻率響應為B₀(f)，那么發送端濾波器組第k個濾波器的頻率響應由B₀(f)經過k/M個單位頻偏得到，如下所示：

相對應的Z變換為：

用多相結構表示：

令W＝e^-j2π/M，得到如下所示的各路子載波的頻譜矩陣：

為各路子載波的頻譜矩陣，為IFFT，為多相結構PPN矩陣。

優選地，對音頻信號進行線性預測分析從而提取原始音頻信號的功率譜，線性預測分析過程為：計算原始音頻信號的自相關函數，然后結合計算的自相關函數使用列文森-杜賓算法求得原始音頻信號的AR系數a＝[a(1)，……，a(Na)]和增益常數σ²，即可通過下式獲取原始音頻信號的功率譜：

其中，E(e^jΩ)表示原始音頻信號的功率譜，A(e^jΩ)表示AR系數a的頻譜，Na為線性預測分析的階數。

優選地，提取獲得一段原始音頻信號的功率譜后，使用低通濾波器去除原始音頻信號功率譜中的低頻部分，修改后的各路子載波的頻譜與PPN矩陣相乘后再與去除低頻部分的原始音頻信號功率譜相加。

與現有技術相比，本發明的有益效果是：

本發明提供的方法通過對多載波聲波通信的各路子載波的頻譜功率進行修改，修改后的各路子載波的頻譜與PPN矩陣相乘后再與原始音頻信號的功率譜相加，得到一段接近原始音頻信號功率譜的聲波信號，該聲波信號能夠掩蓋FBMC聲波通信系統通信過程中產生的噪聲。

附圖說明

圖1為IFFT-PPN方法的實施過程示意圖。

圖2為OQAM調制的示意圖。

圖3為多載波聲波通信方法的實施過程示意圖。

圖4為子載波功率控制的示意圖。

圖5為提取音頻信號功率譜的原理示意圖。

圖6為子載波功率控制方法的原理示意圖。