[实用新型]多频带DS-MFSK调制解调器

说明书

技术领域

本实用新型涉及的是水声通信领域，更确切地说，涉及一种基于多频带DS-MFSK的水声通信调制解调器，适用于通信速率较高、稳健性较强的水声通信环境中。

背景技术

近年来随着人类海洋活动的增加，海洋资源勘探、水下作业、海洋环境监测等领域均对数据传输与通信有着很强的需求，而水下无缆信息交互是依靠水声通信的，所以水声通信技术逐渐成为了研究热点。在不同的应用场合，研究人员提出了各种各样的通信技术。

多载波频移键控(MFSK)是一种非相干调制技术，其将并行信息调制在不同载波后并行进行传输，可有效提高系统的通信速率。相比于相干调制解调技术，MFSK调制解调器在接收端不需要进行载波同步，在时变性较强的水声信道中通信时，可避免载波同步困难的难题。同时MFSK调制解调技术属于宽带调制解调技术，在频域为梳状滤波器的水声多途信道中进行传输时，可以从频域抵抗多途效应。采用MFSK调制解调技术可以大大简化通信接收机的复杂度。

直接序列扩频技术利用伪随机序列的相关特性，可有效降低噪声影响以及其他用户干扰，因此直接序列扩频通信系统具有较强的抗干扰能力，可以在低信噪比下稳健工作。另外基于伪随机序列可实现码分多址，在无线电通信中具有广泛的应用。

本实用新型基于MFSK调制技术结合直接序列扩频技术，将二者有机结合提出了一种可低成本方便实现的多频带DS MFSK水声通信调制解调器。

发明内容

鉴于此，本实用新型公开了一种多频带DS-MFSK调制解调器，其中调制器由依次相连的信道编码器(101)、串并转换器(102)、子频带频率映射器(103、104、105)、码元成型器(106)、信号帧成型器(108)和发射电路(109)组成，同时码元成型器(106)还与伪随机序列发生器(107)相连；解调器由依次相连的信号接收电路(110)、帧同步器(111)、码元截取器(112)、PN码解扰与判决器(113)、FFT变换器(114)、频谱软判决信息解调器(115)、并串转换器(116)、信道解码器(117)组成。

本实用新型所公开的多频带DS-MFSK调制解调器其调制器的工作过程为：信源发送的串行信息通过信道编码器(101)进行编码后再由串并转换器(102)进行串并转换，并由子频带频率映射器(103、104、105)采用查表映射法将信息映射到子频带内的不同载波上，并将不同频带载波并行叠加，从而实现多频带的MFSK调制后，并将调制后的信号送入码元成型器(106)。码元成型器(106)将多个子频带相加后的调制信息与伪随机序列发生器(107)产生的伪随机码进行模2乘操作形成码元信息，以实现多用户通信。完成码元成型的信号被送入信号帧成型器(108)以形成最终用于发送的信号帧，信号帧成型器(108)所形成的信号帧(401)之间由一定时长保护间隔(402)相隔，每个信号帧(401)由同步信号(403)、帧内保护间隔(404)和一系列信息码元(405)组成，其中信息码元(405)由叠加了加扰信号的多频带调制信号(406)和保护冗余(407)组成。最终信号帧通过发射电路(109)和声学换能器发送到水中。

本实用新型所公开的多频带DS-MFSK调制解调器其解调器的工作过程为：调制器发送的声波信号通过换能器和接收电路(110)进行放大、滤波采样后被送入帧同步器(111)，帧同步器(111)采用拷贝相关器或匹配滤波器结构对接收到的信号帧中的同步信号进行自相关处理，并检测其相关峰判决信号到来的时刻。码元截取器(112)根据帧同步器(111)提供的时间基准依次截取信息码信号，并利用PN码解扰与判决器(113)对截取信号做解扰处理，若解扰后的结果为有效输出则被送入下一级进行处理，否则重新进行同步信号的确定操作。解扰后的有效信号被送入FFT变换器(114)，FFT变换器(114)对解扰后的有效信号进行FFT变换，并由频谱软判决信息解调器(115)对FFT变换器(114)运算结果分频带依次由低向高频带进行软判决，实现信息解调，解调后的信息通过并串转换器(116)和信道解码器(117)后，恢复出发送端信息。

本实用新型所公开的多频带DS-MFSK调制解调器具有实现简单、稳健性高，可实现较高速水声通信以及多用户通信的优点，具体来说：

第一，本实用新型所公开的多频带DS-MFSK调制解调器利用查表法进行多频带频率映射，简单有效地实现了信息调制。

第二，本实用新型所公开的多频带DS-MFSK调制解调器利用FFT算法以及分频带软判决，可快速实现多频带MFSK解调。