[发明专利]从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机

说明书

技术领域

本发明属于全双工水声通信领域，涉及一种从模拟领域和数字领域消除多径干扰和本地发射干扰的水声通信机。

背景技术

水声通信是监测海洋环境、探索海洋资源的重要方法。但是，在水声通信中存在着许多的挑战，由于声音的传输速度慢，存在很大的延时，水声信道的窄带宽限制了水声通信系统。在浅海领域，全双工通信机有两种类型的干扰，一种是来自本地传输的自干扰，另一种则是由于海表面和海底反射造成的多径干扰。这些干扰会极大的影响全双工水声通信机的性能。

目前水声全双工通信主要采用了频分多址(FDMA)和码分多址(CDMA)两种方式。但是实际上频分多址方式并不是带内全双工通信，而是牺牲了频谱效率以获得时间效率，码分多址方式由于带宽的限制也并不能像带内全双工那样提高频谱效率。如文献1：G.Qiao,S.Liu,Z.Sun,and F.Zhou,“Full-duplex,multi-user and parameter reconfigurable underwater acoustic communication modem,”in Proc.2013Oceans,pp.1-8.文献2：J.Zhang,X.Ma,G.Qiao,and C.Wang,“A full-duplex based protocol for underwater acoustic communication networks,”in Proc.2013Oceans,pp.1-6。

发明内容

本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，从真正意义上实现带内全双工水声通信。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：一种从数字领域和模拟领域抑制干扰的带内全双工水声通信机，包括发射单元和接收单元，所述发射单元包括依次连接的调制器、数模转换器、功率放大器、发射换能器；所述接收单元包括依次连接的接收水听器、低噪声放大器、模数转换器、解调器；

该通信机还包括在模拟域消除自干扰的衰减器、延迟器和移相器，近端发射信号依次经过衰减器、延迟器、移相器，进行幅度、时延、相位的调整后，重建自干扰信号，通过接收信号与重建自干扰信号相减，抑制自干扰信号；

进一步地，在数字领域的干扰消除，经过模拟域消除后的接收信号经过模数转换、去循环前缀、快速傅里叶变换后得到数字频域接收信号，然后进行自干扰信道估计，根据信道估计值和频域发射信号得到频域自干扰重建信号，最后在频域接收信号中减去自干扰重建信号，得到数字自干扰抑制后的信号。

其中信号处理流程为：

模拟域重建信号：r_c(t)＝a_c(t)·r_t(t-τ_c)；

模拟域自干扰抑制后的接收信号：s_a(t)＝r_r(t)-r_c(t)；

经模拟域自干扰抑制后残余干扰信号：s_r(t)＝r_c(t)-r_i(t)；

数字域重建信号：

数字自干扰抑制后的信号：D_k＝R(k)-R_d(k)；

其中，a_c(t)为调整衰减器的幅度因子，τ_c为延时器的时延，r_t(t-τ_c)是经过时间延迟后的估计信号，r_c(t)为重建自干扰信号，r_i(t)为自干扰信号；为信道估计值，P为自干扰信号的单个符号OFDM功率。B(k)为自干扰信号第k个子载波的频域发射信号。R(k)为频域接收信号。

进一步地，采用双核处理芯片，其具有双核架构DSP和ARM，能够将总工作按照双核的各自优势进行合理划分，DSP负责算法运算，实现信号的调制、解调，ARM负责其他外设的控制，并且可以在空闲时休眠DSP和禁止其他外设以降低系统功耗。