[发明专利]基于麦克风阵列的远场声波通信方法与装置

权利要求书

1.一种基于麦克风阵列的远场声波通信方法，其中，包括：

利用发送端获取音频信号，对音频信号进行音频编码，将音频信号与数字信号相对应，得到数字信号；

对数字信号进行频域上的扩频编码，得到线性编码矩阵；其中，对数字信号进行频域上的扩频编码，得到线性编码矩阵，包括：

将音频信号进行频域上的扩频编码，得到线性编码矩阵为：

F_s(w，K)＝{f_s，0(w，K)，…，f_s，L-1(w，K)}

其中，L为编码长度，w为子频带频点，K＝{1，2，…}为当前传输数据序列号，f为频带信号；

再进行空间编码，得到空间编码矩阵；

其中，将音频信号进行频域上的扩频编码，得到线性编码矩阵中还包括：对线性编码矩阵进行频域增广，增广音频为：

其中，为音频编码信号的时域表达，w为子频带频点，K＝{1，2，…}为当前传输数据序列号，l为时序标记，L为编码长度，H表示对该线性编码矩阵转置，X为编码信号在各个时频点的数值。

2.根据权利要求1所述的远场声波通信方法，其中，所述利用发送端获取音频信号，对音频信号进行音频编码，将音频信号与数字信号相对应，得到数字信号包括：

将音频信号与数字信号相对应，设函数为数字信号编码s(t)和音频信号编码x(t)的可逆映射关系，即

其中，x为音频信号，s为数字信号。

3.一种基于麦克风阵列的远场声波通信方法，其中，包括：

接收端对接收的如权利要求1至2中任一项中所述的数字信号进行解码，建立频域信号模型；其中，所述接收端对接收的数字信号进行解码，建立频域信号模型包括：

接收端对接收的如权利要求1至2中任一项中所述的音频信号进行解码，频域信号模型表达为

其中，w_w表示接收端波束成形权重向量，n_w代表传输中引入的干扰及加性噪声；H(φ_w)为空间编码矩阵；x_L为编码信号在各个时频点的数值；

得到瞬时波束的权重向量。

4.根据权利要求3所述的远场声波通信方法，其中，所述接收端对接收的数字信号进行解码并建立频域信号模型和得到瞬时波束的权重向量间还包括：

求解MMSE优化问题，得到瞬时波束权重向量；

P(K)＝μ^-1P(K-1)-μ^-1g(K)y^H(K)P(K-1)

其中，v(φ_w)为空间约束矢量，用于控制波束成形的质量；Y为接收方的接收信号，X为接收方期望信号，为各个频点的波束成形优化向量；y^H(K)为y(K)的转置；P(K)、g(K)为迭代优化中间变量；μ代表用于调整优化收敛的标量，取值范围0～1。

5.根据权利要求4所述的远场声波通信方法，其中，使用迭代式优化求解MMSE优化问题，包括：

定义二阶统计变量

Φ(K)＝μΦ(K-1)+y(K)y^H(K)

P(K)＝Φ^-1(K)

P(K)通过迭代方式计算为：

P(K)＝μ^-1P(K-1)-μ^-1g(K)y^H(K)P(K-1)

同时利用求解优化问题得到瞬时波束权重向量为：

其中，Λ(K)为迭代优化中间变量。

6.一种基于麦克风阵列的远场声波通信装置，其中，包括：

发送端，用于执行如权利要求1至2中任一项所述的基于麦克风阵列的远场声波通信方法。

7.一种基于麦克风阵列的远场声波通信装置，其中，包括：

接收端，用于执行如权利要求3至5中任一项所述的基于麦克风阵列的远场声波通信方法。

8.一种基于麦克风阵列的远场声波通信装置，其中，包括：

发送端，用于执行如权利要求1至2中任一项所述的基于麦克风阵列的远场声波通信方法；

接收端，用于执行如权利要求3至5中任一项所述的基于麦克风阵列的远场声波通信方法。