[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

摘要

一种信道自适应的水下数字语音通信系统及其方法，涉及水下语音通信。系统设有发射端和接收端；发射端设有麦克风、A/D转换器、声码器、单片机、DSP、D/A转换器、放大器和换能器；接收端设有水听器阵、放大器、A/D转换器、DSP、单片机、声码器、A/D转换器和语音播放器。通信方法在发射端，用声码器对A/D转换后的输入语音编码，提取语音数据；用单片机读出语音数据发送给DSP，对语音数据编码；用DSP对数据调制，放大后激励换能器发射声波；在接收端，用水听器阵接收声波，有同步后，用DSP对水声信道估计并解调再译码，发送给单片机，同时进行估计；用单片机将所得数据写入声码器，声码器合成的语音播放。

主权项

信道自适应的水下数字语音通信系统的通信方法，其特征在于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、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连接，发射数字信号处理器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；所述通信接收端设有水听器阵、前置放大器、前放A/D转换器、接收数字信号处理器、接收单片机电路、接收可变速率声码器、接收声码器信号D/A转换器和语音播放器；所述水听器阵的输出端接前置放大器的输入端，前置放大器的输出端接前放A/D转换器的输入端，前放A/D转换器的输出端接接收数字信号处理器(DSP)的输入端，接收数字信号处理器通过异步串行通信与接收单片机电路连接，接收单片机电路通过异步串行通信与接收可变速率声码器连接，接收可变速率声码器的输出端接接收声码器信号D/A转换器的输入端，接收声码器信号D/A转换器的输出端接语音播放器，由语音播放器播放语音；所述通信方法，包括以下步骤：1)在通信发射端，用速率可变声码器对A/D转换后的输入语音进行编码，提取出对应的语音参数数据；2)在通信发射端，用单片机读出步骤1)所得的语音参数数据，并将读出的语音参数数据发送给DSP；3)在通信发射端，用DSP对步骤2)所得的语音数据进行码率1/2的信道纠错编码，并根据当前码率对校验比特进行删余；4)在通信发射端，用DSP对步骤3)所得的数据进行调制，调制方式为OFDM多载波调制或跳频移频键控调制，具体由通信接收端的反馈信息确定，初始设为OFDM调制；5)对步骤4)所得调制信号先进行功率放大，后激励水声换能器向海水介质发射声波；6)在通信接收端，用水听器阵接收海水介质中的声波，有同步后，用DSP对水声信道的传输特性和接收信噪比进行估计，并进行相应的解调处理；7)在通信接收端，用DSP对步骤6)所得数据进行信道译码，将译码后数据发送给单片机，同时对信道译码器的输入BER进行估计；8)在通信接收端，用单片机将步骤7)所得的数据写入可变速率声码器，声码器合成的语音通过耳机或扬声器进行播放；9)在通信接收端，根据步骤6)所得的接收信噪比和步骤7)所得的BER自适应调节调制方式、声码器速率和信道编码码率，并将更新后的参数反馈给通信发射端；10)在通信发射端，根据通信接收端的反馈信息自适应更新调制方式、声码器速率和信道编码码率。