[发明专利]线性调频信号调制解调的水声跳频通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及水声跳频通信，特别是涉及一种采用反转相乘解线性调频信号中心频率法、细化离散分数阶傅里叶变换（Zoom-DFRFT）解线性调频信号调频率的线性调频信号调制解调的水声跳频通信方法。

背景技术

在传统的水声跳频通信中，往往利用载波的频率来携带信息。相比于MPSK等其他调制方式，MFSK调制频带利用率较为低下，在相同带宽下其信息传输速率也较为落后，但它稳健、可靠的性能使其在水声通信中占有重要的一席之地。因此，提高水声跳频通信系统的频带利用率对保证水下信息稳定、高效传输具有重要意义。

常用的提高水声跳频通信频带利用率的方法是将多载波调制（MCM）技术与频分复用（FDM）技术相结合，其核心思想即通过多个子载波将原本高速传输的串行数据流并行传输但该方法要求系统有较大的带宽。

2009年美国大西洋大学的Beaujean等人设计了跳频频分复用（FH-FDM）系统。该系统在水深3m、收发深度1m、水平距离120m的仿真环境下，通信速率能达到5272bps，误码率达到0.14%以下（声源级170dB re1μPa at1m，混响9.31ms，多普勒扩展1.5Hz），但该系统所需的带宽高达27kHz（[1]Beaujean P P,Pajovic M,Carlson E,et al.Frequency-hopped frequency division multiplexed signaling for underwater acoustic communications between60and90kHz in ports and very shallow waters[C]//OCEANS2009,MTS/IEEE Biloxi-Marine Technology for Our Future:Global and Local Challenges.IEEE,2009:1-7.）。

孙小东等人设计了一种正交频分复用（OFDM）跳频水声通信系统。该系统采用差分技术进行解调，省去了插入导频进行信道估计的开销，但其时域差分解调与频域差分解调比相干解调会有2～3dB左右的性能损失。（[2]孙小东,侯朝焕.一种差分解调OFDM跳频水声通信系统[J].电声技术,2007,31(10):71-74.）

另一种方法是用线性调频信号作载波进行调制。由于线性调频信号具备中心频率fc和调频率μ两个参数，在相同码元长度与带宽条件下，相对于单一频率的载波，线性调频信号能携带其两倍的信息。故采用线性调频信号调制代替原有的MFSK调制，能在保证原有跳频方案抗多途能力的基础上，使得信息传输速率得以较大程度地提高。假设最小扫频范围与MFSK调制最小频率间隔相同，则理论上信息传输速率提高的倍数为

k=log22(1+2+···+S)log2S=log2S(S+1)log2S=1+logS(S+1)]]>

S为MFSK调制的进制数。当S较大时，k趋近于2。

解线性调频信号包括解中心频率fc和解调频率μ两个步骤。记接收信号为