阅读说明：本技术 一种降低峰平比的信道压缩方法 (A kind of channel shortening method reducing peak-to-average ratio ) 是由 谢哲 张宏滔 朱小辉 王超 周武 于 2019-08-01 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种降低峰平比的信道压缩方法,在发射端,让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器,实现信号峰平比降低；在接收端,利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道,降低信道多途扩展对通信信号的影响,提高通信速率。(The invention discloses a kind of channel shortening methods for reducing peak-to-average ratio to allow signal pending to pass through the filter that an impulse response is channel probe signals in transmitting terminal, realizes signal peak-to-average than reducing；Channel mostly influence of the way extension to signal of communication is reduced, traffic rate is improved using multichannel channel self-adapting focusing technology compression channel in receiving end.)

一种降低峰平比的信道压缩方法

技术领域

本发明涉及水声通信技术，主要是一种降低峰平比的信道压缩方法。

背景技术

随着海洋科学和海洋开发的发展，水声通信技术日渐成为研究重点，其中高速水声通信主流技术水声OFDM通信方法已经成为研究热点。

水声OFDM通信技术的优点在于带宽利用率高，相较于水声扩频通信技术、水声频移键控技术，其通信速率大大提高。但是水声OFDM通信技术也有其自身的技术缺陷：①水声OFDM技术存在峰平比(峰值功率与平均功率比值)较大的缺陷。这导致水声通信系统发射机端的功率放大器的线性动态范围必须非常宽泛。如果放大器的动态范围不能满足信号的变化，则会使信号畸变，破坏各个子载波信号之间的正交性，恶化通信性能。②水声OFDM技术通过在符号之间加入保护间隔来克服水声信道多途扩展引起的码间干扰(ISI)和载波间干扰(ICI)，但是当多途扩展严重时，保护间隔的长度需要相应增加，这导致通信速率下降。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术存在的不足，而提供一种降低峰平比的信道压缩方法，该方法既可以降低水声OFDM信号峰平比，又可以压缩信道，提高通信速率。

本发明的目的是通过如下技术方案来完成的。一种降低峰平比的信道压缩方法，在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低；在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响。

更进一步的，所述发射端，发射采用单声源发射：

(1)将源信息装载在预设的子载波上；

(2)将第(1)步处理结果进行逆傅里叶变换；

(3)在第(2)步处理结果后面，添加保护间隔，即一段全零的空白，再经过载波调制，生成原始水声OFDM信号x₀(t)；

(4)生成一段线性调频信号p(t)，将其作为信道探针信号，p(t)频带宽度覆盖x₀(t)；

(5)将x₀(t)经过一个冲激响应为p(t)的滤波器，生成改进水声OFDM信号x(t)；

(6)生成发射信号y(t)，其依次包括：p(t)、一段空白、x(t)，将y(t)经过D/A转化和功率放大以后发射到水中。

更进一步的，所述接收端，接收采用多阵元接收，阵元编号1、2、3、...、J；

(1)经过解调、同步后，获取第j个阵元接收信号y_r(t)，y_r(t)包括接收的探针信号p_r(t)和接收的改进水声OFDM信号x_r(t)；

(2)将y_r(t)送入信道压缩处理器进行处理，得到结果z_j(t)；

(3)将各个通道的z_j(t)相加得到z(t)，再对z(t)依次进行去保护间隔、多普勒补偿、傅里叶变换、信道估计与均衡，最后得到解码结果。

作为优选，所述步骤(2)中的具体步骤为：(a)从y_r(t)中截取p_r(t)和x_r(t)；(b)将p_r(t)进行时间翻转处理得到p_r(-t)；(c)将x_r(t)经过一个冲激响应为p_r(-t)的滤波器，生成z_j(t)。

本发明的有益效果为：本发明在发射端，让待发的信号经过一个冲激响应为信道探针信号的滤波器，实现信号峰平比降低。同时在接收端，利用多通道信道自适应聚焦技术压缩信道，降低信道多途扩展对通信信号的影响，提高通信速率。

附图说明

图1为水声OFDM系统发射框图；

图2为没滤过波和滤过波的OFDM信号峰平比互补累计分布函数比较图；

图3为所提方法的水声OFDM系统接收框图；

图4为信道压缩处理器；

图5为湖试估计信道；

图6为湖试数据计算的R(t)和解码星座图。

具体实施方式

下面将结合附图和实施例对本发明做详细的介绍：

本实施例中水声OFDM信号中心频率3kHz，带宽为2.4kHz，采样率48kHz，子载波数量为K＝256个，1个OFDM符号长度为106ms，保护间隔的长度是OFDM符号的1/4为26.5ms。线性调频中心频率3kHz，带宽为2.4kHz，脉宽256ms。发射端的框图如图1所示，在发射端，发射采用单声源发射：

(1)将源信息d_k装载在预设的子载波上得到X(f)，即X(f)＝[d₁,d₂,...,d₂₅₆]；

(2)将X(f)进行逆傅里叶变换得即

(3)在后面，添加保护间隔，即一段全零的空白，再经过载波调制，生成原始水声OFDM信号x₀(t)；

(4)生成一段线性调频信号p(t)，将其作为信道探针信号，因为p(t)与x₀(t)均为中心频率3kHz，带宽2.4kHz，所以p(t)频带宽度覆盖x₀(t)；

(5)将x₀(t)经过一个冲激响应为p(t)的滤波器，生成改进水声OFDM信号x(t)，即x(t)＝x₀(t)*p(t)，图2为没滤过波和滤过波的水声OFDM信号(即x₀(t)和x(t))峰平比互补累计分布函数比较图，如图所示，在10^-2处，滤过波的峰平比比没滤过波的峰平比小了大约0.3dB，说明经过滤波处理后水声OFDM信号峰平比下降了；

(6)生成发射信号y(t)，其依次包括：p(t)、一段空白、x(t)，即y(t)＝[p(t),0,0,...,0,x(t)]，将y(t)经过D/A转化和功率放大以后发射到水中；

接收端的框图如图3所示，在接收端，接收采用多阵元接收，阵元编号1、2、3、...、J：

(1)经过解调、同步后，获取第j个阵元接收信号y_r(t)，y_r(t)包括接收的探针信号p_r(t)和接收的改进水声OFDM信号x_r(t)，其中p_r(t)＝p(t)*h_j(t)，x_r(t)＝x(t)*h_j(t)＝x₀(t)p(t)h_j(t)，h_j(t)为声源到第j个接收阵元的信道冲激响应函数；

(2)将y_r(t)送入信道压缩处理器(如图4)进行处理，得到结果z_j(t)，具体步骤为：(a)从y_r(t)中截取p_r(t)和x_r(t)；(b)将p_r(t)进行时间翻转处理得到p_r(-t)，则p_r(-t)＝p(-t)*h_j(-t)；(c)将x_r(t)经过一个冲激响应为p_r(-t)的滤波器，生成z_j(t)，则z_j(t)＝x_r(t)*p_r(-t)＝x₀(t)*p(t)*h_j(t)*p(-t)*h_j(-t)；

(3)将各个通道的z_j(t)相加得到z(t)，则

令则z(t)＝x₀(t)*R(t)，可见R(t)可以等效为原始水声OFDM信号经过的信道，因为序列的自相关函数呈“单峰”状，因此R(t)相比h_j(t)被压缩，最后对z(t)依次进行去保护间隔、多普勒补偿、傅里叶变换、信道估计与均衡，最后得到解码结果。图5为某次湖试时，利用8元接收阵接收信号估计得到的信道，信道多途扩展约为120ms，图6为多个阵元信号(分别为1个阵元、2个阵元、4个阵元和8个阵元)合并处理时计算得到的R(t)以及对应的解码星座图，可见R(t)的多途扩展在7ms以内，信道被压缩，并且当8个阵元信号合并处理时，星座图清晰，解码性能良好。

可以理解的是，对本领域技术人员来说，对本发明的技术方案及发明构思加以等同替换或改变都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。