一种自适应光声切换的水下无线通信方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种自适应光声切换的水下无线通信方法及系统，其方法包括以下步骤：首先检测两个通信节点间的信道信噪比；根据所述信道信噪比，选择采用固定的声通信模式或者不同的光通信模式作为上述两个通信节点间的约定通信模式；根据所述约定通信模式，执行两个通信节点间的数据传输，其有益效果是可以根据通信信道状况自适应选择通信模式。

Underwater acoustic radio communication method and system for adaptive light acoustic switching

The invention discloses a wireless communication method and system for an adaptive photoacoustic switch under water, the method comprises the following steps: first to detect the two inter node communication channel SNR; according to the channel SNR, choose fixed sound communication mode or as agreed in the two communication mode of communication between nodes the different communication modes; according to the agreed communication mode, data transmission is performed between two communication nodes, the beneficial effect is according to the communication channel of the adaptive selection of communication mode.

【技术实现步骤摘要】
一种自适应光声切换的水下无线通信方法及系统
本专利技术属于通信
，具体地说，是涉及一种自适应光声切换的水下无线通信方法及系统。
技术介绍
水下声通信是目前最为成熟的水下无线通信技术，但声波在水中传输速率仅为1.5×103米/秒，与光在水中传播速率（3×108米/秒）相差5个数量级。同时军事声呐等不断加剧的海洋噪声正在严重影响着海豚、鲸等海洋哺乳动物的生活，甚至致其听力丧失或死亡。虽然水声通信传播延迟大、通信带宽低、多径效应严重、影响海洋生态，但其最大优势是可实现较远传输距离。水下无线光通信是一种以光波作为信息载体的通信方式。海水对450～550nm波段内蓝绿光衰减比对其他光波段衰减要小很多，为解决长期水下目标探测、通信等关键难题奠定了坚实基础。无线光通信以高速率、低功耗、较小尺寸和保密性好而著称。虽然无线光通信在速率、功耗、体积等方面有一定优势，然而其通信距离短的缺点制约了光通信在水下无线传感网领域进一步发展。
技术实现思路
为了解决现有技术的不足，本专利技术提供了一种自适应光声切换的水下无线通信方法，可以根据通信信道状况自适应选择通信模式；一种自适应光声切换的水下无线通信方法，具有位于水下的多个通信节点，包括以下步骤：首先检测两个通信节点间的信道信噪比；根据所述信道信噪比，选择采用固定的声通信模式或者不同的光通信模式作为上述两个通信节点间的约定通信模式；根据所述约定通信模式，执行两个通信节点间的数据传输。本技术方案的有益效果是根据通信信道状况自适应选择通信模式（光通信或声通信），以适应不同水下环境的通信需求以提高水下无线传输的效率。进一步的，所述信道信噪比越高，选择采用通信速率越高的光通信模式；信道信噪比越低，选择采用通信速率越低的光通信模式或固定的声通信模式；通过采用不同的信道编码调制方法得到不同通信速率的光通信模式，其有益效果是根据通信信道状况自适应选择通信模式（光通信或声通信）和编码调制策略（不同编码调制模式对应不同通信速率），以适应不同水下环境的通信需求以提高水下无线传输的效率。进一步的，检测两个通信节点间的信道信噪比的具体方法是：第一节点向第二节点通过声通信模式发送请求发送信号，第二节点接收所述请求发送信号，并向其余节点发送清除发送信号；用于停止其余节点向第二节点发送请求信号；第一节点向第二节点通过光通信模式发送检测信号，第二节点接收所述检测信号，解析得到信道信噪比，其有益效果是首先采用声通讯模式发送请求发送信号，可以确保请求发送信号到达目的节点，具体而言就是第二节点，在第二节点接收到以后，第一节点以光通信模式发送检测信号，可以检测当前的通信信道，在这种声通信模式+光通信模式的传输下，高效得检测通信信道的环境。进一步的，两个通信节点间每传输固定数量的数据后，再次检测所述两个通信节点间的信道信噪比，根据信道信噪比重新确立约定通信模式，并执行数据传输，其有益效果是可以根据环境的改变，实时变换传输策略，高效高质得传输数据。进一步的，当所述两个通信节点间的数据传输完毕后，第一节点或第二节点向其余节点发送完毕信号，作为一次数据传输完毕的标志，其有益效果是可以向外界发送完毕信号，有效通知外界目前传输数据的状态，作为进行下一步工作的基础。本专利技术还提供了一种基于上述方法的自适应光声切换的水下无线通信系统，包括处理器、声通信发射机、声通信接收机、光通信发射机、光通信接收机和电源电路；所述处理器生成待发射的命令信号或通信数据，通过声通信发射机或光通信发射机转换为声信号或光信号向外发射，所述命令信号包括数据传输请求信号、信道信噪比检测信号、数据接收暂停信号或数据传输完毕信号；所述声通信接收机或光通信接收机，接收声信号或光信号并转化为电信号，并发送至处理器，处理器解析所述电信号为命令信号或通信数据，若为命令信号则执行相应命令。进一步的，所述声通信发射机包括声发射换能器和声发射电路；声通信接收机包括声接收换能器和声接收电路；所述声发射电路接收处理器生成的命令信号或通信数据，对其进行编码调制，然后发送至声发射换能器转换为声信号进行发射；所述声接收换能器接收声信号并将其转换为电信号，发送至声接收电路，声接收电路对所述电信号译码解调，然后发送至处理器。进一步的，所述声发射电路包括TURBO编码电路和PSK调制电路，TURBO编码电路与PSK调制电路相连；所述声接收电路包括TURBO译码电路和PSK解调电路，TURBO译码电路与PSK解调电路相连。该技术方案的有益效果是具有能量传输效率高、抗干扰能力强等特点，利用PSK调制可增加通信距离。TURBO码接近于随机码,有很好的距离特性,因而有较强抗衰减和抗干扰能力。TURBO码经理想交织后在加性高斯白噪声信道中的性能与未编码相比有数分贝的增益,只要接收机能检测到哪些频点受到干扰,对信号进行删除纠错译码,则可得到其它码难以达到的性能,因而特别适合于恶劣环境及远距离通信。声通信工作模式选择PSK调制+TURBO信道编码，系统传输速率可达8kbps，通信距离超过100米。进一步的，所述光通信发射机包括光编码电路、光调制器和光发送器；光通信接收机包括光译码电路、光解调器和光接收器；所述光编码电路接收处理器生成的命令信号或通信数据，对其进行交织编码，然后发送至光调制器进行调制，经调制后的信号发送至光发送器进行发射；所述光接收器接收光信号并将其转换为电信号，发送至光解调器，光解调器对所述电信号进行解交织解调，经解交织解调后的信号再发送至光译码电路进行译码，经译码后的信号发送至处理器。进一步的，所述光调制器至少包括QAM+OFDM调制电路、PPM调制电路或OOK调制电路中的一种；所述光解调器至少包括QAM+OFDM解调电路、PPM解调电路或OOK解调电路中的一种。当采用高速光通信模式时，光调制器采用QAM+OFDM调制电路，其有益效果是综合考虑系统实现难度以及硬件资源消耗情况，系统传输速率可达10Mbps，通信距离可达30米。当采用中速光通信模式时，光调制器采用PPM调制电路，其有益效果是具有能量传输效率高、抗干扰能力强等特点，利用PPM调制可降低平均发射功率。系统传输速率可达1M-2Mbps，通信距离可达到30-60米。当采用低速光通信模式时，光调制器采用OOK调制电路，其有益效果是可以实现简单、技术成熟，比较适合于低信噪比和较低速率的场合。系统传输速率可达100kbps，通信距离达60-100米。进一步的，所述光编码电路为RS编码电路，所述光译码电路为RS译码电路。与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：本专利技术的自适应光声切换的水下无线通信方法，根据通信信道状况自适应选择通信模式（光通信或声通信）和编码调制策略（不同编码调制模式对应不同通信速率），以适应不同水下环境的通信需求以提高水下无线传输的效率。附图说明构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。图1是本专利技术提出的自适应光声切换的水下无线通信方法的一种实施例流程图；图2是本专利技术提出的自适应光声切换的水下无线通信节点装置的一种实施例中系统结构图；图3是本专利技术提出的自适应光声切换的水下无线通信节点装置的一种实施例中高速光通信模式发射原理方框图；图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自适应光声切换的水下无线通信方法，具有位于水下的多个通信节点，其特征在于包括以下步骤：首先检测两个通信节点间的信道信噪比；根据所述信道信噪比，选择采用固定的声通信模式或者不同的光通信模式作为上述两个通信节点间的约定通信模式；根据所述约定通信模式，执行两个通信节点间的数据传输。

【技术特征摘要】
1.一种自适应光声切换的水下无线通信方法，具有位于水下的多个通信节点，其特征在于包括以下步骤：首先检测两个通信节点间的信道信噪比；根据所述信道信噪比，选择采用固定的声通信模式或者不同的光通信模式作为上述两个通信节点间的约定通信模式；根据所述约定通信模式，执行两个通信节点间的数据传输。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：所述信道信噪比越高，选择采用通信速率越高的光通信模式；信道信噪比越低，选择采用通信速率越低的光通信模式或固定的声通信模式；通过采用不同的信道编码调制方法得到不同通信速率的光通信模式。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：检测两个通信节点间的信道信噪比的具体方法是：第一节点向第二节点通过声通信模式发送请求发送信号，第二节点接收所述请求发送信号，并向其余节点发送清除发送信号；用于停止其余节点向第二节点发送请求信号；第一节点向第二节点通过光通信模式发送检测信号，第二节点接收所述检测信号，解析得到信道信噪比。4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：两个通信节点间每传输固定数量的数据后，再次检测所述两个通信节点间的信道信噪比，根据信道信噪比重新确立约定通信模式，并执行数据传输。5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：当所述两个通信节点间的数据传输完毕后，第一节点或第二节点向其余节点发送完毕信号，作为一次数据传输完毕的标志。6.一种基于权利要求1的自适应光声切换的水下无线通信系统，其特征在于，包括处理器、声通信发射机、声通信接收机、光通信发射机、光通信接收机和电源电路；所述处理器生成待发射的命令信号或通信数据，通过声通信发射机或光通信发射机转换为声信号或光信号向外发射，所述命令信号包括数据传输请求信号、信道信...

【专利技术属性】
技术研发人员：王景景，施威，刘琚，贾智平，张志勇，
申请(专利权)人：山东大学，
类型：发明
国别省市：山东,37