[发明专利]一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法及系统

说明书

本发明涉及一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法及系统，方法包括：利用PWAM算法对频谱上高低频信号的占比和高低频信号的频率差进行调制，构建在频域符合PWAM编解码的前缀码、后缀码和多个码块；编码端获取待发送的信息，将其分解为信号字符，组合信号字符对应的码块，加上前缀码和后缀码后得到编码信息，以超声波形式发送编码信息；解码端获取编码信息，利用信号相似度匹配识别编码信息所对应的码块，获取码块对应的信号字符，解码得到编码端发送的信息。与现有技术相比，本发明通过频域上的PWAM调制进行编码和解码，根据高低频信号的占比和高低频信号的频率差调制基本波形，以超声波形式进行通信，可以使得信号可以在噪声干扰条件下依然稳定传输。

技术领域

本发明涉及超声波通信领域，尤其是涉及一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法及系统。

背景技术

随着信息通信技术的发展，信息旁路通信技术作为一个子领域(既可以用于正面的辅助网络通信，也可以反面用来进行侧信道攻防演练)也在不断进步，与基于光信号、磁信号、毫米波信号的旁路通信技术相比，超声波通信技术由于其不需要依赖额外的硬件，不容易对人的正常生活造成影响，逐渐成为旁路通信领域非常活跃的研究方向，已经有人将超声波通信技术应用到矿用开关故障指示器、油水井自动化应用中。

移动互联网作为信息互联网的重要组成部分，也有许多旁路通信的相关研究，尤其是以近场通讯采用的波段为传输媒介的通信系统。但是这样的通信方式需要手机有较好的硬件支持，且通信距离较短，目前尚未有人将超声波通信应用到移动端手机之间的旁路通信技术中。

脉冲宽度调制PWM(Pulse Width Modulation)和脉冲幅度调制PAM(PulseAmplitude Modulation)是无线电通信领域常用的两种技术，两者结合脉冲宽度及幅度调制PWAM(Pulse Width and Amplitude Modulation)可以得到更高的通信速率。但是，磁信号PWAM通信虽然可以适应物理隔绝AirGap的应用场景，但是在移动设备感知的应用场景下发送端缺乏稳定可用的磁信号发生器，而且接收端需要特殊的硬件支持(高精度磁传感器)。移动端不具备稳定的信号收发硬件条件，容易造成较高的误码率。

发明内容

发明人经过研究和分析，发现虽然时序信号上声波容易收到干扰，但是在频域上声谱较为稳定。即使有白噪声或瞬时冲击信号干扰，也能在码流上保证干扰产生的波动控制在码距范围内。因此，如果通过频域上的PWAM调制进行编码和解码，就可以使得信号可以在噪声干扰条件下依然稳定传输。本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法及系统。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，包括以下步骤：

S1、利用PWAM算法对频谱上高低频信号的占比和高低频信号的频率差进行调制，构建多个在频域符合PWAM编解码的码块，每个码块对应一个信号字符，设计在频域符合PWAM编解码的前缀码和后缀码；

S2、编码端获取待发送的信息，将其分解为信号字符，组合信号字符对应的码块，加上前缀码和后缀码后得到编码信息，以超声波形式发送编码信息；

S3、解码端获取编码信息，利用信号相似度匹配识别编码信息所对应的码块，获取码块对应的信号字符，解码得到编码端发送的信息。

进一步的，步骤S1中，信号字符为十六进制的离散数值，码元为代表不同离散数值的基本波形，信号调制和解析以帧为最小单位，每个码元包含多个帧，通过改变每个帧中高低频信号的占比和高低频信号的频率差得到不同的码元，码块为对应码元的传输序列。

进一步的，每个码元包含40个帧，每个帧的大小frameSize为240。