[發(fā)明專利]一種基于交叉子帶劃分的多帶雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻通信方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202010043963.5
• 申請(qǐng)日: 2020-06-09
• 公開（公告）號(hào): CN111478720B
• 公開（公告）日: 2021-07-16
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 余華;張雅琦;季飛;陳芳炯
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 華南理工大學(xué)
• 主分類號(hào): H04B1/69
• 分類號(hào): H04B1/69;H04B13/02;H04L27/20
• 代理公司: 廣州粵高專利商標(biāo)代理有限公司 44102
• 代理人: 何淑珍;江裕強(qiáng)

本發(fā)明公開了一種基于交叉子帶劃分的多帶雙曲調(diào)頻擴(kuò)頻通信方法。本方案提出將水聲系統(tǒng)可用帶寬按照當(dāng)前擴(kuò)頻周期序號(hào)的奇偶性進(jìn)行不同子帶數(shù)量的多帶劃分，以達(dá)到交叉子帶劃分的目的。在此基礎(chǔ)上，將劃分的多個(gè)子帶兩兩分組，每個(gè)分組采用子帶選擇激活的方式根據(jù)傳輸數(shù)據(jù)的不同進(jìn)行子帶的選擇，實(shí)現(xiàn)多帶并行傳輸。同時(shí)，每個(gè)擴(kuò)頻周期內(nèi)，被激活子帶分別采用升、降雙曲調(diào)頻信號(hào)對(duì)調(diào)制后的信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻。相對(duì)于其他水聲雙曲擴(kuò)頻調(diào)頻方案，本發(fā)明采用交叉子帶劃分的方案，提高了對(duì)信道最大時(shí)延的容忍度；利用升、降雙曲調(diào)頻信號(hào)的弱相關(guān)性，承載傳輸不同的信息；采取基于QPSK調(diào)制的多帶并行傳輸方案，進(jìn)一步提高了系統(tǒng)的頻帶利用率與傳輸速率。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，具體涉及一種雙曲調(diào)頻信號(hào)，結(jié)合交叉子帶與升降HFM信號(hào)的擴(kuò)頻通信方法。

背景技術(shù)

由于海洋環(huán)境的復(fù)雜性，水聲信道存在嚴(yán)重的多徑效應(yīng)和時(shí)變特性。而海水介質(zhì)對(duì)高頻衰減非常嚴(yán)重，導(dǎo)致水聲通信可用帶寬非常小。水聲通信經(jīng)歷了從非相干技術(shù)到相干技術(shù)的發(fā)展，相較于非相干技術(shù)而言，相干技術(shù)的頻譜利用率高，可以大大提高通信系統(tǒng)的效率。然而嚴(yán)重的多徑效應(yīng)與時(shí)變性，是水聲相干通信主要的制約因素，與此同時(shí)在信噪比較低的環(huán)境下，較難確保通信的可靠性。

擴(kuò)展頻譜(spread spectrum，SS)技術(shù)是一種能有效對(duì)抗干擾的技術(shù)，它以其自身的優(yōu)勢(shì)，在低信噪比以及存在多徑擴(kuò)展的復(fù)雜信道情況下，仍可以在保證一定通信速率的前提下，實(shí)現(xiàn)可靠信息的傳輸。常見的擴(kuò)頻方式主要有三種，分別是直接序列擴(kuò)頻(DSSS)，跳頻擴(kuò)頻(FHSS)以及調(diào)頻擴(kuò)頻(CSS)等。本發(fā)明中選取雙曲調(diào)頻信號(hào)作為擴(kuò)頻信號(hào)。雙曲調(diào)頻作為一種適用于水聲通信的擴(kuò)頻通信方式，具備其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。

為了便于對(duì)后續(xù)算法的理解，雙曲調(diào)頻信號(hào)模型如下所示：

雙曲調(diào)頻(HFM)信號(hào)，可以定義為

其中，f_b表示HFM信號(hào)起始點(diǎn)的頻率，f_e表示HFM信號(hào)截止點(diǎn)的頻率，B＝|f_e-f_b|表示帶寬(調(diào)頻區(qū)間)，T表示HFM信號(hào)持續(xù)周期，表示調(diào)頻率。特別地，若f_e＞f_b，則稱為升頻，此時(shí)調(diào)頻率β＜0；若f_e＜f_b，則稱為降頻，此時(shí)調(diào)頻率β＞0。HFM信號(hào)的瞬時(shí)頻率為，

瞬時(shí)頻率是一個(gè)隨時(shí)間t變化的雙曲函數(shù)，因此該信號(hào)被稱為雙曲調(diào)頻信號(hào)。雙曲調(diào)頻信號(hào)具有良好的脈沖壓縮性和多普勒寬容性。其脈沖壓縮性體現(xiàn)在，在接收信號(hào)與本地HFM信號(hào)進(jìn)行相關(guān)后能夠呈現(xiàn)主瓣尖銳、旁瓣迅速衰弱的脈沖，因此具備良好的抗噪性能。與此同時(shí)，在信號(hào)傳輸過程中，由于收發(fā)端的高速相對(duì)運(yùn)動(dòng)會(huì)造成嚴(yán)重的多普勒尺度效應(yīng)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生時(shí)間上的壓縮或者擴(kuò)展。在信號(hào)經(jīng)歷了多普勒尺度效應(yīng)之后，接收端經(jīng)過匹配濾波依舊可以較好的形成脈沖，則認(rèn)為該信號(hào)具有多普勒寬容性。

假設(shè)一個(gè)HFM信號(hào)發(fā)生了大小為α的尺度變換。對(duì)應(yīng)接收到的HFM信號(hào)可以表達(dá)為

發(fā)生尺度變化后，信號(hào)的瞬時(shí)頻率變?yōu)?/p>

這里我們可以找到一個(gè)合適的Δt，使得f_α(t-Δt)＝f(t)，即

由此可見，該時(shí)延Δt是一個(gè)由尺度因子決定且與時(shí)間無關(guān)的常數(shù)，即HFM信號(hào)在經(jīng)歷了多普勒效應(yīng)之后，其瞬時(shí)頻率相較于未發(fā)生尺度變化之前，只是在時(shí)間軸上發(fā)生了一個(gè)平移，這樣在接收端進(jìn)行匹配濾波后，依舊可以形成較好的脈沖，只是脈沖的位置會(huì)平移Δt，因此HFM信號(hào)具備多普勒寬容性。