[发明专利]一种应用于远程水声信道的分组扩频OFDM通信方法

权利要求书

1.一种应用于远程水声信道的分组扩频OFDM通信方法，其特征在于：若干个连续的子载波传输一个或几个信息符号来提高每一个符号的发射功率，以补偿不同频率处由海水吸收性造成的功率损失。

2.如权利要求1所述应用于远程水声信道的分组扩频OFDM通信方法，其包括以下步骤：

1)使用卷积码编码和交织进行信道编码；

2)分组扩频调制；

3)OFDM调制；

4)OFDM解调；

5)相关解扩扩频码逆映射解调；

6)使用解交织和卷积码译码进行信道译码。

3.如权利要求2所述应用于远程水声信道的分组扩频OFDM通信方法，所述分组扩频调制包括以下步骤：

①计算子载波分组数目k：

分组扩频OFDM系统在发射端根据通信环境进行子载波分组，将分组后每组中的子载波合起来称为虚子载波，子载波分组理想的目标是使得分组后所有虚子载波的衰减情况相同，以第一个子载波的衰减为参考，式(1)是海水对声波的吸收系数的经验公式，定义由海水吸收性造成的衰减系数为β(f)，则β(f)＝-α(f)，首先根据式(1)计算出所有N个子载波频率点f₀，f₁，…，f_N-1处的衰减系数β₀，β₁，…，β_N-1，其中再分别减去β₀得到相对于第一个子载波的衰减系数γ₀，γ₁，…，γ_N-1，其中γ_i＝β_i-β₀，

α(f)=0.1f21+f2+40f24100+f2+2.75×10-4f2+0.003dB/km---(1)]]>

其中，f是以kHz为单位的声波频率，单位dB/km表示每公里衰减的分贝数；

假设某个虚子载V_a波包含k个子载波，频率分别为f_a，f_a+1，…，f_a+k-1，则其中心频率为f_a+k/2，该频率处的相对衰减系数分别为γ_a+k/2，虚子载波获得的符号功率增益为10lgk，虚子载波的最大相对衰减系数为其最大频率点处的相对衰减系数，为了获得足够的符号功率增益，k应当满足以下不等式：

10lgk≥|γ_a+k-1|          (2)

即虚子载波V_a获得的功率增益不能小于其所包含的频率最高的子载波的相对衰减系数的绝对值，能满足上式的最小的正整数k就是虚子载波V_a中包含的子载波数目；

②对子载波进行分组：

有了子载波合并数目k的计算方法后便可以对整个通带内的子载波进行分组，分组的实现过程就是不断搜索最小的正整数k满足不等式(2)的过程，由于扩频码的长度不是任意的正整数，因此每次分组的子载波数目也无法是任意正整数，常用的扩频码有m序列，Gold序列和Walsh序列，不妨以m序列为例，m序列的长度为2ⁿ-1，分组过程分为以下两个部分：

a.为了使高频部分信号获得足够的功率增益，子载波的分组过程从最高频率f_N-1处的子载波C_N-1开始，k的初始值为1，将k代入不等式(3.7)验证，若满足条件，则找到不小于k并且二者差值最小的正整数则为该虚子载波包含子载波数目；若不满足条件则令k＝k+1，再次代入不等式(2)验证，直到找到满足不等式的正数k，再找到相应的正数子载波C_N-1低频方向连续的个子载波即为虚子载波V₀；

b.接着从子载波处开始重复a找到满足条件的子载波低频方向连续的个子载波即为虚子载波V₁，按此方法合并子载波直到N个子载波全部分组完毕，由于相邻的两个虚子载波包含的子载波数和往往相同或者比较接近，因此为了减少搜索时间，搜索时可以将k的初始值设为然后向下递减搜索，而不是像步骤(1)那样k从1开始向上递增搜索。在使用m序列和gold序列作为扩频码时，由于它们的最小周期长度为7，而低频部分的虚子载波包含的子载波数目较少，若每组包含7个子载波，则会造成频带资源的浪费，因此在低频段不再采用扩频码，而使用重复码；

③扩频码映射调制：

对每一组子载波上的数据进行M进制扩频，实际上是一种(N，k)的编码，用长为N的伪随机码去表示k位信息，k位信息共有2^k个状态，则需要2^k个长为N的伪随机码来与k位信息码的2^k个状态，k位信息码与2^k个长为N的伪随机码之间是一一映射的关系。

4.如权利要求2所述应用于远程水声信道的分组扩频OFDM通信方法，所述相关解扩扩频码逆映射解调具体为：将OFDM解调后每一组子载波上的数据分别与该组中每一个相关器做相关运算，再通过比较器找出其中的最大值，根据与该最大值对应的相关器中的扩频序列做步骤③的逆映射得到解调后的输出数据。