[发明专利]基于MC-CDMA的水声通信系统及PAPR抑制方法

说明书

本发明涉及一种基于MC‑CDMA的水声通信系统及PAPR抑制方法，包括：发送端编码映射后的输入数据串并转换为q个子数据流b_i，将每个子数据流b_i的比特复制为N_p份；根据子载波数目U生成混沌序列，将混沌序列与基础扩频序列循环相乘生成混沌复合扩频序列C；将各子数据流b_i与混沌复合扩频序列C相乘后经过IFFT变换为时域信号；根据上变频采样后的频带信号计算系统峰均功率比PAPR。本发明的PAPR抑制方法通过改变扩频码的生成方式，将混沌序列与M序列、Walsh序列或完全互补CCS序列等基础扩频序列循环相乘生成混沌复合扩频序列，以改善系统的峰均功率比抑制特性。与限幅法相比，此种方法不会引起带内失真和带外泄露；与概率类方法相比，操作方式较简单，运算复杂度较小。

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，尤其涉及一种基于MC-CDMA的水声通信系统及PAPR抑制方法。

背景技术

多载波码分多址(MC-CDMA)技术结合了正交频分复用(OFDM) 技术和码分多址(CDMA)技术，具有抗频率选择性衰落，减少水声通信系统中的符号间干扰(ICI)的优点。在多载波水声通信系统中，子载波数量众多，各个子载波的瞬时相位会在某一个时刻叠加，产生瞬时功率过大的信号。即多载波码分多址水声通信系统有峰均功率比过高的缺点。

目前针对抑制多载波通信系统中的峰均功率比这一问题，主要有三大类技术。第一类为预畸变技术，主要的方法有限幅法和峰值加窗法。限幅法主要是设定限幅门限值，对功率信号超过门限值的部分进行削除，这种非线性的方法会引起带内失真和带外辐射。限幅法当门限值过低时，引入的噪声会给系统造成很大的干扰。峰值加窗法是为了抑制系统的带外辐射，给信号加上频域性能较好的窗函数，常见的窗函数有汉明窗、凯撒窗，升余弦窗。由于窗函数有时间宽度，加上窗函数的信号的误码率会增加。时间宽度越大，越会影响相邻信号，造成误码率的增加。第一类峰均功率比抑制技术实施比较简单，但容易造成信号的失真，抑制系统的性能。

第二类为概率类技术，主要有选择性映射(SLM)和部分传输方法(PTS)等。选择性映射法是在符号进行IFFT之前，产生与载波数相等的相位序列，将这些相位序列分别与符号序列相乘，计算原始序列和与相位序列相乘之后的序列的峰均功率比(PAPR)，选择其中PAPR 较低的一组序列用作信号的传输。部分传输方法的原理是先将子载波信号分成多路，每路分别进行IFFT变换，再乘上不同的相位序列，再将各路信号叠加。由于每次相乘的是不同组的相位因子，得到的信号也不同。计算每次叠加后信号的PAPR，选择PAPR较低的信号进行传输。PTS方法中的分块数量直接影响到算法的复杂度，分块数量越多，复杂度越高。针对这一问题，利用粒子群(PSO)的迭代寻优能力，将高维的搜索问题转化为粒子迭代寻优的过程。这种PSO-PTS 方法能有效降低算法的复杂，但对峰均功率比抑制性能有微小的损失。第二类方法可在传统的选择性映射和部分传输方法的结构上加以改进，来实现系统峰均功率比的降低。SLM方法的相位序列可以选择不同类型的互不相关的序列，选取的相位长度和不同相位序列个数集会影响系统的峰均功率比抑制特性。当使用Gold序列作为的相位序列时，系统的PAPR随着相位序列长度的增加而增大，随着相位序列的个数集的增大而减小。PTS子载波分块的方式和大小也会影响系统的峰均功率比，实验表明非均匀相邻分割方法较传统的方法有一定的峰均功率比抑制性能的改善。这种非均匀相邻分割方法的原理是当子载波分块时，适当地减小低频和高频子载波分块的大小，适当增加中频段子载波分块的大小。