[发明专利]一种信道自适应的水下数字语音通信系统及其方法

说明书

技术领域

本发明涉及水下语音通信，尤其是涉及根据收信噪比及信道译码器输入误比特率(Bit Error Ratio，简称为BER)自适应调节调制方式、声码器速率和信道编码码率等参数，基于声码器和数字信号处理器(Digital Signal Processor，简称为DSP)的一种信道自适应的水下数字语音通信系统及其方法。

背景技术

水下语音通信在海洋科学研究、资源勘探、蛙人通信及潜水娱乐等许多方面有着重要应用前景。但由于无线电波和光波在海水介质中衰减很快，因此，只有利用声波才能实现较远距离的水下语音通信。早期的水下语音通信系统一般采用模拟单边带调制技术，如美国海军使用的AN/WQC-2A单边带语音通信机。这种模拟调制的通信方式受海洋水声环境的影响很大，难以克服水声信道的时变强多途干扰及多普勒频移影响，通信接收端输出的语音多数情况下模糊不清。另外，由于采用模拟调制，这种通信方式还存在系统尺寸大、功率利用效率低和不同用户间易串扰等缺陷。近十几年来，随着水声数字通信技术的快速发展，各种不同调制方式、不同通信速率的水声调制解调器不断被研制出来，这就为水下数字语音通信系统的研究与发展提供了重要基础。

水下数字语音通信主要有两种方式：一种是将语音识别、文本编码和低速率的水声跳频通信技术相结合进行通信(许祥滨.抗强多途径干扰的水声数字通信研究厦门.厦门大学博士论文，2003；中国专利CN101257354)；另外一种是将低速率语音压缩编解码和高速率的水声相干通信技术相结合进行通信(郭中源，陈岩，贾宁等.水下数字语音通信系统的研究和实现.声学学报，2008,33(5):409-418)。前者在通信发射端首先通过语音识别方法将输入语音转换成文本，然后对其进行编码，并利用水声跳频通信方法将编码后的数据发送给通信接收端。通信接收端对接收到的水声数据进行译码，生成文本，然后将文本转换成语音进行输出。这种语音通信方式有通信距离远、通信速率要求不高及水声信道适应能力强等优点，但语音质量很大程度上取决于语音识别软件对不同话音的识别能力。另外，通信接收端合成的语音为标准话音，无法分辨出不同的讲话人，该缺陷使得其实际应用受到较大限制。后者在通信发射端首先对输入语音进行参数压缩编码，然后采用水声多进制相移键控(Multi-Phase Shift Keying，简称为MPSK)调制技术将编码后数据发送给通信接收端。通信接收端对水声信号进行相干解调和语音解码，最后合成语音。这种通信方式的主要优点是输出的语音有较高的可懂度、清晰度和自然度，但由于水声信道有相对较大的多径时延，通信接收端通常需使用复杂的自适应时域信道均衡和纠错编码技术，系统实现较为复杂。近年来，随着正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称为OFDM)多载波调制技术在水声通信中的快速发展，提出了一种将该通信技术与语音压缩编解码算法相结合的水下数字语音通信方法(中国专利201010592929)。

虽然上述水下语音通信系统取得了较大进展，但水声信道极其复杂多变，采用单一调制方式很难适应各种不同海洋环境的水声信道。因此，需要将不同调制方式的水声通信和低速率语音压缩编码技术进行糅合，探索出一种具有信道自适应能力的水下语音通信系统。

发明内容

本发明的目的在于克服现有水下语音通信系统的缺点和不足，提供根据收信噪比及信道译码器输入BER自适应调节调制方式、声码器速率和信道编码码率等参数，基于声码器和DSP的一种信道自适应的水下数字语音通信系统及其方法。

所述信道自适应的水下数字语音通信系统设有通信发射端和通信接收端；

所述通信发射端设有麦克风、麦克风输出信号A/D转换器、发射可变速率声码器、发射单片机电路、发射数字信号处理器(DSP)、数字信号D/A转换器、功率放大器和水声换能器；所述麦克风的输出端接麦克风输出信号A/D转换器的输入端，麦克风输出信号A/D转换器的输出端接发射可变速率声码器的输入端，发射可变速率声码器通过异步串行通信与发射单片机电路连接，发射单片机电路通过异步串行通信与发射数字信号处理器(DSP)连接，发射数字信号处理器(DSP)的输出端接数字信号D/A转换器的输入端，数字信号D/A转换器的输入端接功率放大器的输入端，功率放大器的输出端接水声换能器；