OFDM水声通信系统语音信号的小波包消噪方法
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于在 Ｏ ＤＭ 系统 中各 个 子 信道 载 波 相 互 正交 ， Ｆ 因
种 可有效对 抗频率 选择性 衰落 的技术 ， 它具有抗
多径 引起 的符 号 间干 扰 能力 、 衰 落能 力 ， 频 带 抗 且 利用率 高 。应 用 了 ＯＦ Ｍ 技 术 的 Ｏ Ｄ 水声 通 Ｄ Ｆ Ｍ 信系统具 有传输 容量 大 、 据 传 输 稳定 等 特点 ， 数 因
６ ８
２１ ０ ０年 １ 中国制造业 信息 化 ２月
第３ ９卷
第２ ３期
ＯＦ ＤＭ 水 声 通 信 系 统 语 音 信 号 的 小 波 包 消 噪 方 法
杨 蕾 孙 志 国 ， ， 喻 敏 ４ ０２ ） ３ ０ ３ （． １ 武汉 工业 学 院 电气信 息工 程系 ， 北 武 汉 湖 （． ３ 武汉 理工 大学 交通 学院 ， 北 武 汉 湖
一
定 阈值 ， 而实 现信 号 消 噪 ， 从 在完 成后 再 利 用小 波 包逆 变换 对信号进 行重 构 （ Ｒ） ＷＰ 。
１ ＯＦ ＤＭ 水声 通 信 系统原 理 及 实 现
ＯＦ Ｍ 技术 的主要 思 想是 在频 域 内将 给定 信 Ｄ 道分成 许多正 交子信 道 ， 在每个 子信道上 使用一 个 子载 波进 行 调制 ， 子 载波 并行 传 输 。这样 ， 管 各 尽 总信道 是非平 坦 的 ， 有 频 率选 择 性 ， 每个 子 信 具 但 道相 对平坦 ， 每个 子 信 道 上进 行 窄带 传 输 ， 在 因此 就 可 以在 一定 程度 上 消 除信 号 波形 问 的干扰 。 由
２个小 波包 的正 交 基联 系于 它 们 的上 一 代 ， （ ）
性衰 落 的作 用 。并 行 的子 数 据 串经 Ｐ Ｋ 或 ＱＡＭ Ｓ 映射 后合 成信 号 即为 Ｏ ＤＭ 符号 。 Ｆ
的能量 大部 分集 中在 一个 频率 波段 ， ２个滤 波器 且
ｈ（Ｊ ） ２ａ 和ｇ（Ｊ ） ） ２ｏ 选择 位 于这个 波段 内的低或 高频 ２
布特性 不 同来进 行 ， 先将语音 信号 分层 ， 定最佳 小波 包分解树 ， 进行 阈值 量化 ， 首 确 再 完成 小波 包
分解 ， 并对 所得 阈值 进行 消噪处 理 ， 最后 利 用一 波 包逆 变换 重构传 输信 号 。计 算机仿 真 结果表 明 Ｊ 、 在 ＯＦ Ｍ 水 声通 信 系统 中利 用小波 包分解 方法对语 音信 号进行 处理 ， Ｄ 可有 效消噪 ， 并可较 为 完整
种可应 用于水 下通信 的高 速传输 技术 。
一
号与噪声 小波变 换 系数 分 布 特性 不 同来 对 信 号确
Ｏ Ｉ ＮＴ Ｍ水声通信系统厉 框图如 图 ｌ 理 所示。
图 １ Ｏ Ｄ 水 声 通 信 系统 原 理 框 图 Ｆ Ｍ
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ０—２ ２
基金 项 目 ： 北省 武 汉 市 科 技攻 关 项 目（０ ０ ０ ２ ２ ２ 湖 ２ １ １６ １１ ）
＝
在发 射端 ， 音 信 号 串行输 入 ， 语 申行 数 据 经 过
串／ 并变 换后 变为 Ｎ 个并 行子 数据 串 ， 子数 据 流 符 号长 度为 原数 据 长 度 的 Ｎ 倍 ， 子数 据 流 带 宽 相 对
原始 数据 流较 窄 ， 可起 到抵 抗时 延扩 展和 频率 选择
（５ （ ） 户 ＝ ｇ ２ （ 这 ２ｗ） ｃ 和 ｏ 卅 （５ ｗ） ∞）
（． ２ 哈尔滨工 程大学 信息 与通信 工程 学院 ， 龙江 哈尔 滨 １０ ０ ） 黑 ５ ０ １ ４０ ７ ） ３ ０ ９
摘要 ： 阐述和 构造 了正 交频 分 复用（ Ｆ Ｍ） 声通信 系统 的基 础 上 ， 用小 波 包分解 与 重构 对 在 ＯＤ 水 利 ＯＦ Ｍ 水 声通信 系统进行语 音信 号消噪 处理 。小波 包分解 方法依据 信号 与噪 声 小波 变换 系数 分 Ｄ
第 个 Ｏ ＤＭ 符 号 的 等 效 基 带 信 号 可 表 示 Ｆ
为［ ： ］
地保存 有效信 号 。
关键词 ： 声通信 ； 水 小波 包 ； Ｆ Ｍ ； Ｏ Ｄ 消噪
中图分 类号 ： Ｂ ６ 一Ａ Ｔ ５７ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：６ ２ ６ ６ ２ １ ）３ ０ ８ ４ １ ７ —１ １ （０ ０ ２ —０ ６ 一Ｏ
水声信 道是 一种 随机时变 一空变 信道 ， 水声 在 信 道下进行 高速 、 定 的语 音信 号传输 必须要 克服 稳 水 声信道严 重 的时 一频 双重扩展 效应 ， 这是在 复杂 水 下信道 中完成 通信 任 务 的关 键 。ＯＦ Ｍ 技 术 是 Ｄ
作者简介 ： 杨
蕾 （９９一）女 ， １７ ， 黑龙江哈尔滨人 ， 武汉工业学 院讲师 ， 博士， 主要研究方向为 ＯＦ ＤＭ通信技术。
．
ｆｉ 究・ ｂ研
杨
பைடு நூலகம்
蕾
孙志国
喻
敏
ＯＦ Ｍ 水 声 通信 系统语 音信 号 的小波 包消 噪方 法 ６ Ｄ ９
通 滤 波 器 进 行 处 理 ， 波 包 的 傅 立 口 交 换 ［］ 过 小 １ － 通
此该系统 目前 是 水 声 通 信 传 输 系 统 的研 究 热 点 。
为 实现在 水声信道 中高质量快 速传输语 音信 号 ， 本 文尝 试将 正交 频分 复 用 （ Ｉ 技 术 应 用 于水 声 ｏＦ） Ｍ）
通信 系统 ， 重点 研 究 在 Ｏ ＤＭ 水 声 通信 系统 中利 Ｆ 用小 波包进行 水 声 信号 消 噪 和重 构 。文 中构 造 了
一
此其 频谱是 相互重 叠 的 ， 这样既 减少 了子载 波问 的 相互 干扰又提 高 了频 谱利 用 率 。水 下 通 信信 道 的
频率 响应 曲线 大 多是 非 平 坦 的 ， Ｆ Ｍ 技 术 是 一 ＯＤ
个 Ｏ Ｄ 水 声 通信 系 统 传 输语 音 信 号 ， 系 统 ＦＭ 在
接收端对 接 收信 号做 小 波 包 分 解 （ Ｄ） 依 据信 ＷＰ ，
种 可有效对 抗频率 选择性 衰落 的技术 ， 它具有抗
多径 引起 的符 号 间干 扰 能力 、 衰 落能 力 ， 频 带 抗 且 利用率 高 。应 用 了 ＯＦ Ｍ 技 术 的 Ｏ Ｄ 水声 通 Ｄ Ｆ Ｍ 信系统具 有传输 容量 大 、 据 传 输 稳定 等 特点 ， 数 因
６ ８
２１ ０ ０年 １ 中国制造业 信息 化 ２月
第３ ９卷
第２ ３期
ＯＦ ＤＭ 水 声 通 信 系 统 语 音 信 号 的 小 波 包 消 噪 方 法
杨 蕾 孙 志 国 ， ， 喻 敏 ４ ０２ ） ３ ０ ３ （． １ 武汉 工业 学 院 电气信 息工 程系 ， 北 武 汉 湖 （． ３ 武汉 理工 大学 交通 学院 ， 北 武 汉 湖
一
定 阈值 ， 而实 现信 号 消 噪 ， 从 在完 成后 再 利 用小 波 包逆 变换 对信号进 行重 构 （ Ｒ） ＷＰ 。
１ ＯＦ ＤＭ 水声 通 信 系统原 理 及 实 现
ＯＦ Ｍ 技术 的主要 思 想是 在频 域 内将 给定 信 Ｄ 道分成 许多正 交子信 道 ， 在每个 子信道上 使用一 个 子载 波进 行 调制 ， 子 载波 并行 传 输 。这样 ， 管 各 尽 总信道 是非平 坦 的 ， 有 频 率选 择 性 ， 每个 子 信 具 但 道相 对平坦 ， 每个 子 信 道 上进 行 窄带 传 输 ， 在 因此 就 可 以在 一定 程度 上 消 除信 号 波形 问 的干扰 。 由
２个小 波包 的正 交 基联 系于 它 们 的上 一 代 ， （ ）
性衰 落 的作 用 。并 行 的子 数 据 串经 Ｐ Ｋ 或 ＱＡＭ Ｓ 映射 后合 成信 号 即为 Ｏ ＤＭ 符号 。 Ｆ
的能量 大部 分集 中在 一个 频率 波段 ， ２个滤 波器 且
ｈ（Ｊ ） ２ａ 和ｇ（Ｊ ） ） ２ｏ 选择 位 于这个 波段 内的低或 高频 ２
布特性 不 同来进 行 ， 先将语音 信号 分层 ， 定最佳 小波 包分解树 ， 进行 阈值 量化 ， 首 确 再 完成 小波 包
分解 ， 并对 所得 阈值 进行 消噪处 理 ， 最后 利 用一 波 包逆 变换 重构传 输信 号 。计 算机仿 真 结果表 明 Ｊ 、 在 ＯＦ Ｍ 水 声通 信 系统 中利 用小波 包分解 方法对语 音信 号进行 处理 ， Ｄ 可有 效消噪 ， 并可较 为 完整
种可应 用于水 下通信 的高 速传输 技术 。
一
号与噪声 小波变 换 系数 分 布 特性 不 同来 对 信 号确
Ｏ Ｉ ＮＴ Ｍ水声通信系统厉 框图如 图 ｌ 理 所示。
图 １ Ｏ Ｄ 水 声 通 信 系统 原 理 框 图 Ｆ Ｍ
收稿 日期 ：０ ０—１ ２１ ０—２ ２
基金 项 目 ： 北省 武 汉 市 科 技攻 关 项 目（０ ０ ０ ２ ２ ２ 湖 ２ １ １６ １１ ）
＝
在发 射端 ， 音 信 号 串行输 入 ， 语 申行 数 据 经 过
串／ 并变 换后 变为 Ｎ 个并 行子 数据 串 ， 子数 据 流 符 号长 度为 原数 据 长 度 的 Ｎ 倍 ， 子数 据 流 带 宽 相 对
原始 数据 流较 窄 ， 可起 到抵 抗时 延扩 展和 频率 选择
（５ （ ） 户 ＝ ｇ ２ （ 这 ２ｗ） ｃ 和 ｏ 卅 （５ ｗ） ∞）
（． ２ 哈尔滨工 程大学 信息 与通信 工程 学院 ， 龙江 哈尔 滨 １０ ０ ） 黑 ５ ０ １ ４０ ７ ） ３ ０ ９
摘要 ： 阐述和 构造 了正 交频 分 复用（ Ｆ Ｍ） 声通信 系统 的基 础 上 ， 用小 波 包分解 与 重构 对 在 ＯＤ 水 利 ＯＦ Ｍ 水 声通信 系统进行语 音信 号消噪 处理 。小波 包分解 方法依据 信号 与噪 声 小波 变换 系数 分 Ｄ
第 个 Ｏ ＤＭ 符 号 的 等 效 基 带 信 号 可 表 示 Ｆ
为［ ： ］
地保存 有效信 号 。
关键词 ： 声通信 ； 水 小波 包 ； Ｆ Ｍ ； Ｏ Ｄ 消噪
中图分 类号 ： Ｂ ６ 一Ａ Ｔ ５７ 文献标 识码 ： Ａ 文章 编号 ：６ ２ ６ ６ ２ １ ）３ ０ ８ ４ １ ７ —１ １ （０ ０ ２ —０ ６ 一Ｏ
水声信 道是 一种 随机时变 一空变 信道 ， 水声 在 信 道下进行 高速 、 定 的语 音信 号传输 必须要 克服 稳 水 声信道严 重 的时 一频 双重扩展 效应 ， 这是在 复杂 水 下信道 中完成 通信 任 务 的关 键 。ＯＦ Ｍ 技 术 是 Ｄ
作者简介 ： 杨
蕾 （９９一）女 ， １７ ， 黑龙江哈尔滨人 ， 武汉工业学 院讲师 ， 博士， 主要研究方向为 ＯＦ ＤＭ通信技术。
．
ｆｉ 究・ ｂ研
杨
பைடு நூலகம்
蕾
孙志国
喻
敏
ＯＦ Ｍ 水 声 通信 系统语 音信 号 的小波 包消 噪方 法 ６ Ｄ ９
通 滤 波 器 进 行 处 理 ， 波 包 的 傅 立 口 交 换 ［］ 过 小 １ － 通
此该系统 目前 是 水 声 通 信 传 输 系 统 的研 究 热 点 。
为 实现在 水声信道 中高质量快 速传输语 音信 号 ， 本 文尝 试将 正交 频分 复 用 （ Ｉ 技 术 应 用 于水 声 ｏＦ） Ｍ）
通信 系统 ， 重点 研 究 在 Ｏ ＤＭ 水 声 通信 系统 中利 Ｆ 用小 波包进行 水 声 信号 消 噪 和重 构 。文 中构 造 了
一
此其 频谱是 相互重 叠 的 ， 这样既 减少 了子载 波问 的 相互 干扰又提 高 了频 谱利 用 率 。水 下 通 信信 道 的
频率 响应 曲线 大 多是 非 平 坦 的 ， Ｆ Ｍ 技 术 是 一 ＯＤ
个 Ｏ Ｄ 水 声 通信 系 统 传 输语 音 信 号 ， 系 统 ＦＭ 在
接收端对 接 收信 号做 小 波 包 分 解 （ Ｄ） 依 据信 ＷＰ ，