一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法
【專利摘要】一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法，涉及水聲通信。發(fā)送端：將待發(fā)送的二進(jìn)制序列分組；將分組的碼元進(jìn)行時(shí)頻編碼；在時(shí)頻編碼后的信號前添加同步信號和保護(hù)間隔，通過換能器將信號發(fā)送出去；接收端：接收到的信號先通過窄帶濾波器濾波，得到四個(gè)通道的窄帶信號；對每一通道信號進(jìn)行同步處理，將接收端對應(yīng)通道的本地Chirp信號與接收到的信號做相關(guān)運(yùn)算，得到相關(guān)峰的位置，即得到同步信號的起始點(diǎn)，根據(jù)發(fā)送數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)格式，得到時(shí)頻編碼信號的起始點(diǎn)；每一通道取得同步位置后，解調(diào)模塊對每一通道的信號進(jìn)行處理；將對應(yīng)的四個(gè)時(shí)隙的相關(guān)最大值求和，最后比較十六個(gè)組合器輸出值，和值最大的組合器所代表的碼組即判定為發(fā)送的碼組。
【專利說明】一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及水聲通信，尤其是涉及一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼(TimeFrequency Shift Keying, TFSK)的方法,屬于水聲信號處理【技術(shù)領(lǐng)域】。
【背景技術(shù)】
[0002]在傳統(tǒng)的短波數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中(沈琪琪，朱德生.短波通信.西安:西安電子科技大學(xué)出版社，1989)，嚴(yán)重的衰落以及由于多徑效應(yīng)所造成的碼元串?dāng)_，限制了通信質(zhì)量的進(jìn)一步提高。對此，采用了各種有效的抗衰落和抗多徑的措施。目前，在短波線路上廣泛采用的抗衰落和抗多徑的技術(shù)措施有以下幾種:高頻自適應(yīng)技術(shù)、抗衰落良好的調(diào)制鍵控技術(shù)、分集接收技術(shù)、差錯(cuò)控制技術(shù)。
[0003]分集接收技術(shù)是指接收端消息的恢復(fù)是在多重接收的基礎(chǔ)上，并利用接收到的多個(gè)信號的適當(dāng)組合或選擇，來縮短信號電平徒降到不能利用的那部分時(shí)間，從而達(dá)到提高通信質(zhì)量和可通率的技術(shù)。在短波通信中，最常用的分集方式有空間分集、頻率分集、時(shí)間分集。頻率和時(shí)間分集適用于多路傳輸?shù)臒o線電線路，此時(shí)，消息被重復(fù)傳輸。
[0004]頻率分集有帶內(nèi)和帶外頻率分集之分，二重帶外頻率分集需要兩部調(diào)在不同高頻上的發(fā)射機(jī)同時(shí)發(fā)射同一消息，并用兩部獨(dú)立的接收機(jī)來接收。這種方式付出代價(jià)大，頻譜利用低。聲頻電報(bào)系統(tǒng)(WTK系統(tǒng))廣泛采用帶內(nèi)頻率分集，只需要兩個(gè)頻率間隔足夠大的窄帶報(bào)路傳送同一消息，即可獲得頻率分集的效果。頻率分集的缺點(diǎn)是功率分散，若采用m個(gè)不同頻率同時(shí)發(fā)送同一消息，則每一通道上的發(fā)送功率僅為總功率的1/m。
[0005]時(shí)間分集是建立在快衰落是具有時(shí)間獨(dú)立性的基礎(chǔ)之上的，只要兩次時(shí)間重發(fā)的間隔足夠大，各次發(fā)送的信號經(jīng)過信道后，出現(xiàn)的衰落將是彼此獨(dú)立的，因此，時(shí)間分集具有可以有效地抗深度衰落。除此之外，時(shí)間分集還可以抗寬帶噪聲所造成的突發(fā)錯(cuò)誤，這是由于這類噪聲與空間、頻率等高度相關(guān)，唯獨(dú)與時(shí)間無關(guān)。為了達(dá)到糾正突發(fā)錯(cuò)誤的目的，要求時(shí)間分集系統(tǒng)多次重發(fā)同一數(shù)據(jù)信號，這就直接使得時(shí)間分集系統(tǒng)不適用于速率要求較高的系統(tǒng)。
[0006]頻率一時(shí)間分集系統(tǒng)的誤碼效果優(yōu)于頻率分集和時(shí)間分集，但是它們的不足還是無法避免，特別是頻率分集的功率分散問題。
[0007]時(shí)頻編碼是一種抗衰落良好的調(diào)制鍵控技術(shù)，也可看做分集的一種方式。時(shí)頻編碼是指在一個(gè)或一組二進(jìn)制符號的持續(xù)時(shí)間內(nèi)，用若干個(gè)窄的高頻脈沖的組合來傳送原二進(jìn)制數(shù)據(jù)流，每一個(gè)高頻脈沖在不同時(shí)隙內(nèi)具有不同的頻率。以四進(jìn)制四時(shí)四頻為例，在四個(gè)時(shí)隙采用四個(gè)頻率載波來傳送一個(gè)四進(jìn)制數(shù)(即兩個(gè)二進(jìn)制碼元)。例如，當(dāng)發(fā)送二進(jìn)制碼元組為“00”時(shí)，第一個(gè)時(shí)隙發(fā)送頻率為“f/’的載波，第二個(gè)時(shí)隙發(fā)送頻率為“f2”的載波，第三個(gè)時(shí)隙發(fā)送頻率為“f3”的載波，第四個(gè)時(shí)隙發(fā)送頻率為“f4”的載波(簡寫為“fif2f3f4 ” )。當(dāng)發(fā)送碼組為“01”時(shí)，則用'fAf/這種編排次序來表示。若將時(shí)頻編碼和跳頻系統(tǒng)相比較，可以將這種時(shí)頻調(diào)制傳輸系統(tǒng)看做一種比較簡單的或派生的跳頻系統(tǒng)，因?yàn)樗哂刑l系統(tǒng)的一些特點(diǎn)，如跳頻速率高于信碼，跳頻的規(guī)律決定于預(yù)先給信碼規(guī)定的頻率編排等。只要選用的頻率之間具有足夠大的頻差，則它們具有相關(guān)性不大的衰落性，從而起到分集的效果，但卻克服了分集接收的一些不足之處，如頻率分集中功率分散的問題，且時(shí)頻編碼通信體制編解碼簡單，系統(tǒng)的穩(wěn)健性比較高。
[0008]對于水聲通信系統(tǒng)來說，為了克服多徑效應(yīng)引起的碼間干擾(ISI，IntervalSignal Interference),碼間距離越大越好,但是碼間距離增大會(huì)導(dǎo)致速率迅速降低，同時(shí)為了提高通信距離，又希望碼元有足夠的寬度，這也會(huì)導(dǎo)致通信速率的降低。因此，如何協(xié)調(diào)解決提高通信速率、增大通信距離、減小頻帶占用率、降低系統(tǒng)復(fù)雜度之間的矛盾，一直是困惱水聲通信的問題。國內(nèi)外研究者對PSK、DPSK、以及MFSK等水聲通信體制進(jìn)行了研究，并取得了部分成果。
[0009]時(shí)頻編碼在一定的通信速率的條件下，將碼元間距調(diào)整到足夠?qū)?，時(shí)頻編碼通信體制具有較強(qiáng)的抗多途、抗衰落的能力。在水聲通信系統(tǒng)中，現(xiàn)有的研究主要是基于四進(jìn)制四時(shí)四頻時(shí)頻編碼方法的(王瑜，王輝，相敬林.時(shí)頻編碼水聲通信技術(shù)及性能分析.西北工業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào)，2004年10月)。當(dāng)系統(tǒng)采用四進(jìn)制四時(shí)四頻制時(shí)(選用的四個(gè)頻點(diǎn)是正交的)，抗衰落的性能基本上接近四重頻率分集。但是，這種四進(jìn)制四時(shí)四頻的編碼方案對于頻帶的利用率比較低，而且通信速率也不高。水聲信道可利用的頻帶本來就窄(通常采用2?6kHz)，而四進(jìn)制四時(shí)四頻通信體制在保證頻率之間正交性的情況下只采用了四個(gè)頻點(diǎn)，頻帶的利用率較低。另外，當(dāng)載波寬度為IOms時(shí)，通信速率為50bits/s，而載波寬度為5ms時(shí)，通信速率也才達(dá)到100bits/s。
[0010]綜上所述，時(shí)頻編碼編碼相較于頻率分集、時(shí)間分集以及頻率一時(shí)間分集，在具有分集接收效果的基礎(chǔ)上，能夠避免分集接收的一些不足。而且，目前研究的四進(jìn)制四時(shí)四頻時(shí)頻編碼方案仍存在水聲頻譜利用率低、通信速率不高等不足，因此，設(shè)計(jì)一種與分集接收的抗衰落性能相接近、有效利用有限水聲帶寬且通信速率較高的時(shí)頻編碼方案具有重要的意義。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]本發(fā)明的目的是提供在抗衰落性能接近頻率四重分集的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)有限水聲頻帶的有效利用，同時(shí)提高通信速率的一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法。
[0012]本發(fā)明所述水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法如下:
[0013]發(fā)送端:
[0014]I)將待發(fā)送的二進(jìn)制序列進(jìn)行分組，每四個(gè)碼元為一組；
[0015]2)將分組的碼元根據(jù)表I中的碼組與載波頻率組合之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行時(shí)頻編碼；
[0016]表I
[0017]
【權(quán)利要求】
1.一種水聲通信系統(tǒng)中時(shí)頻編碼的方法，其特征在于其具體步驟如下: 發(fā)送端: 1)將待發(fā)送的二進(jìn)制序列進(jìn)行分組，每四個(gè)碼元為一組； 2)將分組的碼元根據(jù)表1中的碼組與載波頻率組合之間的對應(yīng)關(guān)系進(jìn)行時(shí)頻編碼； 表1

【文檔編號】H04L1/00GK103905159SQ201410174300
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月28日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月28日
【發(fā)明者】王德清, 林玉容, 解永軍, 蘇為, 胡曉毅, 許芳, 陳華賓 申請人:廈門大學(xué)