一种实现峰均比抑制的FBMC-OQAM通带水声通信系统的制作方法

本技术涉及fbmc-oqam通带水声通信系统领域，尤其是一种实现峰均比抑制的fbmc-oqam通带水声通信系统。

背景技术：

1、目前主要使用基于fbmc-oqam(filter bank-based multicarrier/offsetquadrature amplitude modulation，滤波器组多载波/交错正交幅度调制)波形的通带水声通信系统来实现浅海水声通信，其系统原理图如图1所示，fbmc-oqam通带水声通信系统包括发射链路、水下声信道和接收链路，在发射链路中，待发送码流(一般是二进制比特流)经qam调制以及oqam预处理后，进入合成滤波器组，经并串转换后形成基带发射信号，此后经过包含升采样和上变频等发送端预处理后生成时域通带发射信号。发射链路通过水下声信道向接收链路发送该时域通带发射信号，时域通带发射信号经水下声信道畸变后到达通带接收链路，由于水下非一致多普勒频移对于系统性能影响较大，因此在接收链路中，通常首先对时域接收信号进行重采样预处理，从而补偿部分非一致多普勒频移，此后接收链路对时域接收信号执行发射端逆过程，即经过串并转换、分析滤波器组、oqam后处理以及qam解调，最终得到接收码流。其中的合成滤波器组和分析滤波器组均采用原型滤波器调制得到。

2、基于fbmc-oqam波形的通带水声通信系统采用原型滤波器结合偏移正交振幅调制技术，逐子载波的滤波使其拥有极低的旁瓣，因而获得较好的抗载波频偏特性，此外偏移正交振幅调制的采用使其无需采用循环前缀以抵抗信道多途干扰，因此提升了频带利用率。

3、但是由于fbmc-oqam波形是由多子载波叠加生成，因此fbmc-oqam波形具有天然的高峰均比特点，实际上由其自身特殊的数据帧结构，fbmc-oqam波形面临着更严峻的峰均比挑战。峰均比全称峰值平均功率比(peak to average power ratio，papr)，峰均比是一种对波形的测量参数，对于浅海水平通信场景，在较大的峰均比情况下，由于功放对于峰值功率的限制，将使得时域通带发射信号整体的平均功率过小，影响fbmc-oqam水声通信系统的传输距离。

技术实现思路

1、本技术针对上述问题及技术需求，提出了一种实现峰均比抑制的fbmc-oqam通带水声通信系统，本技术的技术方案如下：

2、一种实现峰均比抑制的fbmc-oqam通带水声通信系统，该fbmc-oqam通带水声通信系统包括发射链路、水下声信道以及接收链路，发射链路包括通带信号生成模块以及压扩处理模块，接收链路包括解扩处理模块以及接收信号解析模块；

3、通带信号生成模块用于生成待发送码流生成通带发射信号sp(td)，压扩处理模块用于按照压扩函数对通带发射信号sp(td)进行压扩处理后，通过水下声信道向接收链路发送压扩后通带发射信号压扩后通带发射信号的峰均比低于通带发射信号sp(td)的峰均比，td代表离散时间索引，

4、解扩处理模块用于按照解扩函数对通过水下声信道获取到的原始接收信号y(td)进行解压扩处理，得到解扩后接收信号接收信号解析模块用于对解扩后接收信号进行解析得到接收码流；

5、确定压扩处理模块使用的压扩函数和解扩处理模块使用的解扩函数的方法包括：

6、利用拉普拉斯分布函数拟合通带发射信号sp(td)中单个数据帧内的信号幅度f(s)，使用的拉普拉斯分布函数的位置参数μ＝0、尺度参数λ根据通带发射信号sp(td)的平均功率来确定，s是复数参数；

7、按照压扩函数的函数形式结合单个数据帧内的信号幅度f(s)，构建压扩后通带发射信号的峰均比的表达式，峰均比的表达式中包括压扩函数中未知的压扩参数；

8、在满足的条件下确定压扩函数中的压扩参数的取值，得到压扩处理模块使用的压扩函数，取压扩函数的逆变换过程得到解扩处理模块使用的解扩函数，papr(sp(td))是通带发射信号sp(td)的峰均比。

9、其进一步的技术方案为，压扩处理模块按照的压扩函数对通带发射信号sp(td)进行线性非对称压扩处理后，压扩函数中的压扩参数包括压扩比例系数c和功率阈值d，am是通带发射信号sp(td)的最大功率。

10、其进一步的技术方案为，压扩处理模块还用于通过水下声信道向接收链路发送时间索引集θ1(d)和时间索引集θ2(d)，时间索引集θ1(d)是在对通带发射信号sp(td)进行线性非对称压扩处理时确定的满足0<|sp(td)|≤d的离散时间索引的集合，时间索引集θ2(d)是在对通带发射信号sp(td)进行线性非对称压扩处理时确定的满足d<|sp(td)|≤am的离散时间索引的集合；

11、解扩处理模块还用于通过水下声信道获取时间索引集θ1(d)和时间索引集θ2(d)，并按照的解扩函数对原始接收信号y(td)进行线性非对称解压扩处理。

12、其进一步的技术方案为，构建压扩后通带发射信号的峰均比的表达式包括：

13、按照压扩函数的函数形式结合单个数据帧内的信号幅度f(s)构建压扩后通带发射信号的平均功率的表达式，平均功率的表达式包含未知的压扩参数；

14、按照压扩函数的函数形式构建压扩后通带发射信号的最大功率

15、构建得到压扩后通带发射信号的峰均比

16、其进一步的技术方案为，利用拉普拉斯分布函数拟合通带发射信号sp(td)中单个数据帧内的信号幅度按照压扩函数的函数形式结合单个数据帧内的信号幅度f(s)构建压扩后通带发射信号的平均功率的表达式为：

17、

18、其进一步的技术方案为，在利用拉普拉斯分布函数拟合通带发射信号sp(td)中单个数据帧内的信号幅度f(s)时，使用的拉普拉斯分布函数的尺度参数满足整理得到压扩后通带发射信号的平均功率的表达式为：

19、

20、其进一步的技术方案为，确定压扩处理模块使用的压扩函数和解扩处理模块使用的解扩函数的方法还包括：

21、基于通带发射信号sp(td)和压扩后通带发射信号均进行归一化处理的特征确定确定的条件在时成立且表示为：

22、

23、其进一步的技术方案为，确定压扩函数中的压扩参数的取值包括：

24、确定满足条件的压扩比例系数c的系数取值范围和功率阈值d的阈值取值范围；

25、在系数取值范围和阈值取值范围内，选择使得压扩后通带发射信号的峰均比最低的压扩比例系数c和功率阈值d的取值组合。

26、其进一步的技术方案为，确定压扩比例系数c和功率阈值d的取值组合还包括：

27、在系数取值范围内选择使得fbmc-oqam通带水声通信系统的系统误码率达到误码率要求的压扩比例系数c的取值；

28、在已经确定压扩比例系数c的取值的基础上更新阈值取值范围，在更新后的阈值取值范围内选择使得压扩后通带发射信号的峰均比最低的功率阈值d的取值。

29、其进一步的技术方案为，确定压扩处理模块使用的压扩函数和解扩处理模块使用的解扩函数的方法还包括：

30、分别采用多种不同的分布函数对每一种fbmc-oqam波形进行幅度拟合，采用的分布函数符合fbmc-oqam数据帧调制方式呈现的中间幅度大、两侧幅度小的幅度趋势；

31、对单个数据帧内包含不同符号块数量的多个不同的fbmc-oqam波形分别进行幅度拟合，且所有fbmc-oqam波形中单个数据帧内包含的符号块数量都不超过数量阈值；

32、综合对所有fbmc-oqam波形的幅度拟合结果，确定选择具有最优的幅度拟合效果的拉普拉斯分布函数拟合通带发射信号sp(td)中单个数据帧内的信号幅度f(s)。

33、本技术的有益技术效果是：

34、本技术公开了一种实现峰均比抑制的fbmc-oqam通带水声通信系统，该系统根据fbmc-oqam的调制方式导致的两侧符号能量低，中间叠加部分符号能量高的数据特点，利用拉普拉斯分布函数对幅度进行拟合，然后结合压扩函数的函数形式构建压扩后通带发射信号的峰均比的表达式，最后基于压扩后通带发射信号的峰均比小于通带发射信号的峰均比的特点，可以寻优确定压扩函数中的压扩参数的取值，按照确定得到的压扩函数对通带发射信号进行压扩处理后可以实现fbmc-oqam峰均比抑制，从而有利于提高fbmc-oqam通带水声通信系统的传输距离。

35、另外在确定压扩参数的取值时，不仅考虑对峰均比的抑制，还会考虑压扩参数对误码率性能的影响，最终选择保证误码率性能的情况下达到峰均比最低的压扩参数，使得在实现峰均比抑制的同时也可以避免压扩处理引入导致误码率性能下降，保证系统性能。