[发明专利]一种基于部分响应的水声通信多载波调制方法

说明书

本发明公开了一种基于部分响应的水声通信多载波调制方法，包括：引入不同的波形个数产生不同消除旁瓣效果，获取水声通信多载波调制部分的响应系数M；将原始IDFT矩阵中的每一子载波向量按照基本步长时移M次，获取新调制矩阵P；发送端对数据b进行编码得到序列c，利用新调制矩阵P对编码后的数据c进行调制，调制后的数据x加上循环前缀，输出的数据经过并串变换后进行数模转换，最后发送到水声信道；将接收到的数据依次进行模数转换、串并变换以及去除循环前缀得到x'，基于新调制矩阵的逆变换进行解调得到c'，最后对解调后数据进行解码，恢复原始数据。

技术领域

本发明涉及水声通信技术领域，尤其涉及一种基于部分响应的水声通信多载波调制方法，提高了水声通信传输的可靠性和频谱效率。

背景技术

水声通信的可靠性受到水声信道多径效应、带宽受限以及多普勒频移等干扰的影响。单载波通信依赖于接收端均衡技术克服多径水声信道造成的符号间干扰问题，但随着数据传输速率的增加，符号间干扰加剧，对均衡器的复杂度要求提高。多载波通信不需要复杂的均衡器，在不降低通信可靠性的同时可以提高传输速率。其中，正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)技术被广泛应用于水声通信，其将可用信道划分为多个正交子信道并行传输。

然而，由于水声信道多径时延相较于陆地无线信道更长，符号间干扰在OFDM水声通信系统中更加严重，目前主要有两种方式减轻符号间干扰：第一增加传输符号长度，使其大于信道最大时延，增加符号长度需要在有限带宽内增加子载波数目，这将导致子载波间隔减小，使系统更易受到多普勒频移影响；第二加入循环前缀，循环前缀可以对抗多径带来的干扰，但其引入将降低系统的频谱效率。同时，传统的OFDM技术采用方波作为成型脉冲导致频域存在旁瓣问题，将加剧子载波间干扰。其他多载波调制技术，如滤波器组多载波调制(Filter Bank Multi Carrier，FBMC)技术、广义频分复用调制(Generalized FrequencyDivision Multiplexing，GFDM)技术通过滤波器组设计对子载波频域波形成型以消除旁瓣问题，但滤波器设计将给系统带来额外运算复杂度。

部分响应编码(Partial Response Coding，PRC)最初被应用于单载波通信系统，通过在时域对符号间引入相关性，来改变信号波形的频谱特征，使信号频谱变窄且时域波形拖尾减小。近年来，部分响应作为一种编码方式被引入OFDM系统中，但需要通过复杂的系数设计和解码方式实现抗载波间干扰和降低峰均比等功能。

发明内容

本发明提供了一种基于部分响应的水声通信多载波调制(Partial ResponseMulticarrier Communication，PRMC)方法，本发明将其应用于水声信道，解决水声通信中可靠性低、频谱效率低的技术问题，在保证不增加系统额外运算复杂度的前提下，提高水声通信可靠性和频谱效率，详见下文描述：

一种基于部分响应的水声通信多载波调制方法，所述方法包括：

引入不同的波形个数产生不同消除旁瓣效果，获取水声通信多载波调制部分的响应系数M；

将原始IDFT矩阵中的每一子载波向量按照基本步长时移M次，获取新调制矩阵P；

发送端对数据b进行编码得到序列c，利用新调制矩阵P对编码后的数据c进行调制，调制后的数据x加上循环前缀，输出的数据经过并串变换后进行数模转换，最后发送到水声信道；

将接收到的数据依次进行模数转换、串并变换以及去除循环前缀得到x'，基于新调制矩阵的逆变换进行解调得到c'，最后对解调后数据进行解码，恢复原始数据。

本发明提供的技术方案的有益效果是：

1、本发明利用部分响应思想，将离散逆傅里叶矩阵中子载波向量作为处理单元，通过时移引入时域干扰达到频谱整型，从而有效减小了频域旁瓣效应，进而增加了子载波间隔，提高了水声通信系统可靠性；