[发明专利]基于OFDM的声波通信方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于OFDM的声波通信方法，属于无线通信技术领域。

背景技术

声波频率在24kHz以下可以充分利用现有的视频音频播放设备与接收装置，无需对特殊定制的扬声器与麦克风，人耳无法轻易察觉的频率，不会对人们的日常生活产生较多影响，因此，声波通讯得到了广泛应用，但是，传统的声波通讯技术领域，处理过程复杂，误码率比较高，抑制了声波通讯的效率，阻碍了声波通讯的发展。

正交频分复用(OFDM)技术是一种多载波数字调制技术，虽然OFDM的概念已经存在了很长时间，但是直到最近，它才被人们认识到是一种实现高速双向无线数据通信的良好方法，并常见于电通讯中，在声波通讯技术领域还没有涉及，如何将正交频分复用(OFDM)技术应用在声波通讯中，以简化处理过程，减少误码率，提高通讯效率，是当前需要解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是为了克服传统的声波通讯，处理过程复杂，误码率比较高，抑制了声波通讯的效率，阻碍了声波通讯的发展的问题。本发明提供的基于OFDM的声波通信方法，简化了处理，误码率低，提高声波通讯的效率和同步性，具有良好的应用前景。

为了达到上述目的，本发明所采用的技术方案是：

一种基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：包括以下步骤，

步骤(1)，将原始数据进行信道编码，实现对原始数据进行扩展，得到扩展数据；

步骤(2)，基于OFDM将信道分成若干正交子信道，包括数据信号子信道，恒定信号子信道、零功率信号子信道及巴克码信号子信道，所述数据信号子信道用于将传输的数据分到各个数据信道；所述恒定信号子信道用于固定发送信号；所述零功率信号子信道用于校正频率；所述巴克码子信道用于实现帧同步；

步骤(3)，符号映射，将步骤(1)的扩展数据转换成并行的低速子数据流，并将每组低速子数据流映射为星座图，并调制到对应的子信道进行传输；

步骤(4)，将所有子信道的星座图一并进行反向傅里叶变换，完成频域量向时域量的转换；

步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展，得到数字音频信号；

步骤(6)，将数字音频信号进行DA转换为模拟音频信号，并将模拟音频信号输入给扬声器，并通过扬声器将模拟音频信号无线传送给远端的麦克风；

步骤(7)，麦克风将接收的模拟音频信号进行AD转换为数字音频信号；

步骤(8)，将数字音频信号进行傅里叶变换实现解调，完成时域量向频域量的转换，得到各个子信道的星座图；

步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，若捕捉成功，则执行步骤(10)；若捕捉失败，则滑动捕捉窗口，重复步骤(8)，直到捕捉成功；

步骤(10)，将信道分解为若干正交子信道；

步骤(11)，符号逆映射，将同步后的子信道数据转换为并行的低速子数据流，并将为并行的低速子数据流转换为步骤(1)相同的扩展数据，并进入信道进行传输；

步骤(12)，对步骤(11)得到的扩展数据进行译码，将扩展数据还原为原始数据，完成声波通信。

前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(3)，符号映射，将每组低速子数据流转映射为星座图，转化过程为，将每组低速子数据的各个比特根据星座图分配到其对应的子信道中，通过反向傅里叶变换后的OFDM符号。

前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(5)，对反向傅里叶变换后的OFDM符号，进行信号扩展的方法为减少在相邻的两个OFDM符号切换时的能量泄露，需要复制部分原信号延拓作为过渡区域，前一个OFDM符号的后过渡区与后一个OFDM符号的前过渡区相叠加，前、后过渡区的渐变窗函数依次为：

前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：所述前过渡区与原信号之间设有保护间隔区域，所述保护间隔区为原信号尾部信号的延拓。

前述的基于OFDM的声波通信方法，其特征在于：步骤(9)，对各OFDM符号进行同步捕捉，设有两种捕捉情况，

(1)DFT窗口的起始位置落在循环前缀内，DFT窗口所包含的抽样值为此OFDM符号内的值，则不存在产生符号间的干扰，正确解调，同步捕捉成功；

(2)DFT窗口的起始位置落在循环前缀外，DFT窗口所包含的抽样值包含了下一个OFDM符号的值，则存在符号间的干扰，同步捕捉失败，需要将DFT窗口通过滑动单元向后滑动，再次解调，以便正确解调，同步捕捉成功。