[发明专利]一种基于线性调频信号的跳频脉位编码水声通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下通信领域和脉位编码技术，特别涉及一种基于线性调频信号（LFM）的跳频脉位编码水声通信方法。

背景技术

由于海水是无线电的不良导体，无线电在其中的穿透力很难满足大多通信系统数据通信的设计要求。水声通信由于其水下穿透力强、方便、灵活、经济和无电缆等特点，被认为是最有前途的水下通信方式。水声通信最大的难点是多径效应：海水中的声音传播速度大约为1500m/s，而声传播产生的反射，散射无法消除。所以声波将经历不同的路径到达接收端。接收端所接收到的信号除主径之外还有叠加的其他路径的多径信号，这些多径信号虽然和主径信号一样都来自信源，但是时延不同，因此它们的叠加将造成干扰，称为多径干扰。多径干扰能造成信号衰落，信号时延扩展等问题，而时延扩展带来的码间干扰被认为是水声通信的主要障碍，它使得接收到的信号无法辨识。

现在一些水声通信系统，如一种M-ary扩频通信方法(专利号：03156106.3)、基于OFDM编码的水声通信差分解码方法(专利号：200910071541.2)等采用一般扩频或QPSK-OFDM编码等方式克服发送速率慢，多径干扰等问题，但存在发射功率高，装置复杂等问题。这些水下通信系统发端大多采用D类数字功放管，如TI的TAS5261，其功率最高达315W，其供电功率也高达50V左右。而像OFDM类似的系统，收发端装置也过于复杂，往往需要结合MIMO技术，采用收发端阵列，增加了成本。并且现有的方法大多将信息调制于载波的频率、相位上，而多径干扰所造成的频率选择性衰落、码间干扰等对载波的影响很大，因此克服多径干扰的代价也相对较大。

虽然大多数信号通过水声信道，受到多径干扰和环境干扰，在时域上变得不可辨认，但是多径干扰在一些设定的情况下也有其固有的规律。将发送信号分为帧，每一帧内分为固定的时隙。在帧长足够长、通信距离较短的情况下，接收端接收到的主径信号某一帧内某一时隙几乎不可能叠加多径信号的其它帧相应时隙的信号，这种时隙不重叠性质这是两个原因造成的：第一，要使接收到的主径信号某一时隙叠加多径信号其他帧的相应时隙，则多径信号的时延扩展应大于或等于一帧的时间长度，而除主径之外，大部分多径信号时延在一帧时长以内。第二，虽然部分多径干扰信号的时延大于一帧的时间长度，但是由于时延长度相对较长，其通信距离较长，这些多径信号的能量衰减大，因此对接收端主径信号的辨别几乎不产生影响。将一帧分为多个时隙，每个时隙填充不同中心频率的载波，若多径干扰的时延扩展在一帧时长以内，则接收端接收到的信号每个时隙都是主径信号时隙和多径信号其他时隙的叠加，不会出现主径时隙和多径信号其他帧相应时隙叠加的情况。如果这些多径信号的中心频率和主径信号的中心频率不同，则它们在幅频谱上互不干扰，就可以利用滤波器将这些多径干扰滤除。利用上述现象将信息调制于时域上，接收端对多径干扰的处理代价就大大降低了。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的上述不足，提供一种基于线性调频信号的跳频脉位编码水声通信方法，具体技术方案如下。

一种基于线性调频信号的跳频脉位编码水声通信方法，其利用水下多径干扰存在时隙不重叠的特点，采用调频编码和脉位编码调制结合对信息进行调制，通过增加跳频数量增加每一帧的时隙数量来提高每一帧的时间长度，使大部分多径信号的时延扩展小于一帧的持续时间；在接收端利用滤波器从频域上提取主径信号。

进一步的，上述基于线性调频信号的跳频脉位编码水声通信方法中，所述调频编码包括：将信源整合后的非零合并符号所包含的二进制信息调制于LFM脉冲的调频斜率上，通过LFM的调频斜率表示非零合并符号的不同；所述信源整合是将二进制信息源整合为零符号以及非零合并符号，其中每个非零合并符号代表若干二进制信息；

所述脉位编码包括：通过脉冲相对位置调制信息；脉位编码所调制的信息为整合后的零与非零合并符号信息；每一帧不同的时隙对应一个符号，若该符号为零符号，则不填充，若为非零合并符号，则填充相应中心频率及调频斜率的LFM脉冲；每一帧的各个时隙脉冲都将对应不同的中心频率，对于在一帧时延扩展范围内的多径干扰信号，主径信号的每个时隙所叠加的多径干扰，其中心频率都将与主径时隙的中心频率不同。

进一步的，所述信源整合具体包括如下步骤：

③输入二进制码流并顺序搜索，若为0位，则直接存入内存，并将0视为单独一位符号，即零符号，并继续搜索；若为1位则进入下一步；