[发明专利]基于感应耦合温盐深链多节点信道模型的多载波通信算法

说明书

技术领域

本发明以感应耦合温盐深链多节点信道为原型，建立了感应耦合温盐深链的多节点信道电路模型研究其信道特性，并设计了适合信道的多载波通信算法，为感应耦合传输信道研究提供了一个新的方法，为提高感应耦合温盐深链的传输速率和可靠性提供了实验依据。

背景技术

海洋是重要战略空间和后备资源宝库，对保障国家安全、缓解资源紧缺、调节全球气候有至关重要的作用。深海(水深大于300米)海域约占世界海洋总面积的88％，蕴藏着丰富的资源。因此，大力发展深海环境观测/监测技术，建立海洋环境要素观测网，进行长期原位的实时观测/监测和数据信息获取，对于提高我国海洋环境保障能力，打破海洋环境信息的不对称局面，保障国家海洋环境安全具有重大现实意义。电缆直连传输方式，需要解决电缆水密性、多节点通信可靠性以及通信缆与锚系水下缠绕的问题。无线传输方式中光传输距离有限、声传输造价高、可靠性低、同步性较差。感应耦合数据传输技术，介于上述两种方法之间，基于感应耦合原理，以海水、定点观测平台的系留缆为传输介质，把锚系作为传输环节的一部分，没有电缆连接，具有全天候实时采集传输海洋环境观测数据的优点。

在国内，国家海洋技术中提出了感应耦合数据传输系统，并进行了感应传输链低功耗控制系统设计，目前该技术已经成功应用在1000米水深的海洋环境中，传输速率为1200bps。刘敬彪等人采用DPSK技术也完成了200m距离的海域实验，在国外，基于感应耦合原理的传输系统已拥有多种类型的成熟的产品，现阶段，美国的SBE-BIRD和加拿大的RBR公司掌握感应耦合传输技术并实际应用到海洋监测中。SBE-BIRD公司的感应耦合传输系统与其他设备有标准接口，可集成在一起，实现多达100个传输节点的实时数据传输，传输速率可达9600bps。RBR公司的感应耦合数据传输系统与声学传输方式或电缆传输相比，性能优越，价格适中，传输速率可达4800bps。本发明通过所设计的多载波通信算法提高了信号传输的速率和可靠性，为提高感应耦合海洋通信系统的信道传输特性提供了一种新的研究思路。

发明内容

本发明的目的是建立感应耦合温盐深链多节点信道模型，分析其信道特性，并设计适合感应耦合信道传输的多载波通信算法，提高信号传输的传输速率和可靠性。

本文针对深海感应耦合温盐深传输信道，建立了其多节点信道模型，根据信道模型理论计算出信道的幅频和相频曲线，并用扫频法实际测量得到的幅频和相频曲线验证了理论模型的准确性。然后讨论水下传感节点数、海水阻抗参数等关键参数对信道特性的影响，最后设计了多载波通信算法，并在多节点感应耦合信道模型上进行了仿真验证，通过误码率验证了本算法的可行性。

本文以感应耦合温盐深链信道为研究对象，设计的多载波通信算法有效的提高了信号的传输速率和可靠性。该发明为感应耦合传输信道研究提供了一个新的方法，并对提高感应耦合传输速率和可靠性具有重要的理论指导意义。

本发明的技术方案：

本发明基于感应耦合温盐深链多节点传输信道，发明了适用于该信道传输的多载波通信算法以提高信号的传输速率和可靠性。可表述为，利用MATLAB软件计算了理论电路模型的幅频和相频特性，并用该模型验证了多载波通信算法的可行性。

本发明提供的基于感应耦合温盐深链多节点传输信道的多载波通信算法，具体步骤是：

第1步、建立多节点信道模型并计算其幅频相频特性

首先建立感应耦合信道多节点电路模型，然后根据其电路模型计算信道的幅频和相频特性。然后利用Agilent 4294A阻抗分析仪测得表达式中的参数，代入表达式计算出多节点电路模型的幅频和相频特性，计算结果表明水下传感节点越多，信道衰减越严重；

第2步、利用扫频法测量信道幅频和相频特性验证单节点理论模型的正确性

利用Agilent 81150A信号发生器、LABVIEW软件和NI USB6259数据采集卡搭建信号幅频和相频特性的测试平台，并通过扫频法测量信号进入单节点信道前后1KHz～100KHz内不同频率下的幅值比和相位差，并用MATLAB编程对其进行拟合，得到信道幅频和相频特性，结果表明用扫频法实际测量得到的幅频和相频特性与通过电路模型理论计算得到的结果变化趋势一致，验证了单节点理论模型的正确性；

第3步、讨论水下传感节点数、海水阻抗参数等关键参数对信道特性的影响

根据第1步的计算结果，计算出不同节点和海水阻抗参数下的信道幅频和相频特性，分析节点数和海水阻抗参数对信道特性的影响；