[发明专利]一种5G多载波水声通信方法

权利要求书

1.一种5G多载波水声通信方法，其特征在于：所述方法包括如下步骤：

步骤一：在发射端，对源数据进行编码，对编码后的数据进行GFDM调制，代表GFDM调制后的信号；

其中，GFDM调制过程为：

经过调制后的数据向量可表示为其中，且d_k,m代表传输在第k个子载波和第m个子符号上的数据，该数据对应的冲击响应为：

其中，n代表采样点，从上式中可以看出，每一个g_k,m[n]都是原型滤波器经过不同时间和频率的变换获得的；

发射数据可表示为：

令上式可写为

GFDM中调制矩阵A的维度为KM×KM(K个子载波，M个子符号)，可表示为：

是经过时域频域移位生成的，类比和是的循环移位；

其中，调制矩阵A的维度中参数K的选取方法分为两大类：

第一类为：当信道条件良好时，根据水声信道可用带宽，首先设置参数K的值，依据子载波数目参数K将可用带宽资源平均分配、另从数据长度N及关系式K×M＝N，推算出子块数目参数M的值；

第二类为：当信道条件不好或想利用零散频谱信息时，依据信道带宽频率的限制范围，采用自适应方法灵活设置子载波数目参数K，依据数据长度N及关系式K×M＝N，推算出子块数目参数M的值；

步骤二：对GFDM调制后的信号添加循环前缀；

若T₀代表子符号周期，T_cp代表循环前缀长度，则一个GFDM的符号周期为：

T_GFDM＝T_cp+M·T₀

其较OFDM技术使用更少的循环前缀，因此，具有更高的频谱效率；

步骤三：调制后的信号经过水声信道后，在接收端，对数据进行同步、水声信道估计与均衡后，进行GFDM解调；

步骤四：对GFDM解调后的信号进行解映射和解码。

2.根据权利要求1所述的一种5G多载波水声通信方法，其特征在于：步骤三中GFDM解调后经水声信道传输过程为：

经过水声信道后，接收信号为：

其中，代表接收信号，代表发射信号，水声信道传输函数用H表示，假设考虑高斯白噪声存在的情况，高斯白噪声用表示；在接收端，时频同步后，去循环前缀；

经过信道估计和均衡后，接收信号为可表示为：

3.根据权利要求1所述的一种5G多载波水声通信方法，其特征在于：步骤三中GFDM解调过程为：

解调所用的矩阵B的维数和调制矩阵A相同，当接收端采用不同的均衡方式时，矩阵B的形式不同，以匹配滤波、迫零均衡和最小均方误差准则这三种方式为例，在这几种均衡方式下矩阵B的形式分别用B_MF,B_ZF和B_MMSE来表示，可分别表示为：

B_MF＝A^H

B_ZF＝A^-1

其中，噪声和信号的方差分别为和最终解调后获得估计的发射数据