[发明专利]一种双通信体制水声Modem及其实现方法

说明书

技术领域

本发明属于水声通信技术领域，具体涉及一种水声Modem及其实现方法。

背景技术

随着人类对海洋的探索、开发和利用的程度不断加深，无论是军事还是民用领域，都对水声通信有着巨大的需求。在军用方面，水声通信的主要用途有水雷遥控、各种水上水下作战平台间战场信息的传输。在民用方面，水声通信主要可以应用于水文站的数据采集、工业用海岸遥测、环境系统中的污染监测数据传输等等。水声通信的应用情况多种多样，有时需要传输的数据量较少，但是需保持零误码，例如深海水下机器人遥控，此时需要低速无误码的通信；有时需要传输的数据量较大，但是具有一定的误码容忍度，例如水下语音通信，此时需要高速低误码的通信。因此水声通信需要不同的通信体制来适应不同的情况。

扩频通信技术是扩展频谱SS（Spread Spectrum）技术的简称，它是一种信息传输方式，在发送端采用扩频码调制，使信号所占的频带宽度远大于所传输信息必需的带宽，在接收端采用相同的扩频码进行相关解扩以恢复所传输的信息数据。它通过扩展带宽得到的高的时间分辨力来区分多路径，从而抗码间干扰，同时还具有抗干扰能力强，通信信噪比需求低，保密性能好等优势。但是，扩频通信的缺点是速率相对偏低。

单载波频分复用（SC-FDMA，Single Carrier-Frequency Division MultiplexingAccess）是宽带通信中一种低峰平比（PAPR，Peak to Average Power Ratio）多址接入技术。SC-FDMA通信体制具有数据传输速率高，抗干扰能力强和峰平比低等优点。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术不足，将扩频通信体制和SC-FDMA通信体制集成在一个水声Modem中，旨在适用于低速无误码通信和高速低误码通信，提供一种双通信体制水声Modem及其实现方法。

本发明为解决技术问题采取如下技术方案：

一种双通信体制水声Modem，它的发射端由依次连接的收发合置换能器、功率放大器、发射信号处理模块组成，它的接收端由依次连接的收发合置换能器加N元接收阵、前置放大滤波器、A/D转换模块、接收信号处理模块组成；

所述的发射信号处理模块由上层命令解析模块、扩频信号产生器、SC-FDMA信号产生器和通信体制鉴别信号装载器组成，其中扩频信号产生器由信道编码器，信息序列产生器，信息序列映射器，同步序列产生器和相加器组成，SC-FDMA信号产生器由信道编码器，QPSK映射器，导频序列产生器和SC-FDMA调制器组成；

所述的接收信号处理模块由通信体制鉴别模块/同步模块、扩频信号处理器和SC-FDMA信号处理器组成，其中扩频信号处理器由扩频多径消除处理器、扩频多普勒补偿器、扩频解码器和信道解码器组成，SC-FDMA信号处理器由SC-FDMA多径消除处理器、SC-FDMA多普勒补偿器、信道均衡器、SC-FDMA解码器和信道解码器组成。

一种双通信体制水声Modem的实现方法，该方法包括以下具体步骤：

发射端发射信号，具体工作步骤为：

步骤一：上层命令解析模块通过接口电路从上层控制模块接收到发射命令，经过解析得到发射原始数据、发射通信体制等发射参数；

步骤二：如果发射体制为扩频通信体制，则扩频信号产生器开始工作：原始数据经过信道编码器编码后，通过信息序列映射器，从信息序列中挑选出待发信息序列，同步序列产生器产生同步序列，相加器将待发信息序列与同步序列相加得到待发扩频信号；

如果发射体制为SC-FDMA通信体制，则SC-FDMA信号产生器开始工作：原始数据经过信道编码器编码后，进行QPSK映射，得到待发信息序列，导频序列产生器产生导频序列，然后SC-FDMA调制器将待发信息序列和导频序列调制到可用频带上，得到待发SC-FDMA信号；

步骤三：通信体制鉴别信号装载器在待发扩频信号或待发SC-FDMA信号前装载上区分通信体制的帧头信号，扩频体制为正线性调频信号，SC-FDMA体制为反线性调频信号，得到最终的发射信号；

步骤四：发射信号经过功率放大器放大驱动收发合置换能器，将电信号转换成声信号，辐射到水中；

接收端接收信号，具体工作步骤为：

步骤五：接收阵列将接收到的N+1路声信号转换为电信号，然后电信号先后经过前置放大滤波器和A/D转换模块，分别进行放大滤波和采样，采样后的数字信号被送入通信体制鉴别模块/同步模块。