一种机械载波传输语音信号的调制解调系统技术方案

本发明专利技术实施例公开了一种机械载波传输语音信号的调制解调系统包括信号发送控制端、信号传递系统、信号接收控制端，信号传递系统包括发送换能器，接收换能器，以及发送换能器与接收换能器之间固定连接的金属管线，发送换能器将第一电载波信号转换成适应金属管线传输的机械载波信号，接收换能器将金属管线传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号。本发明专利技术在调制信号为高时，通过控制同相载波信号的输出时间以及加入一定时间的反相载波信号，起到了主动消除由机械载波信号在金属管线中传播时的粘滞效应而产生的余振，减少了基于金属管线信道传输信号的系统失真，提高了金属管线信道容量，实现了语音信号数据量的传输。

【技术实现步骤摘要】
一种机械载波传输语音信号的调制解调系统
本专利技术属于通信
，特别地涉及一种机械载波传输语音信号的调制解调系统。
技术介绍
随着现代通信手段的演进，无线，光缆，电缆等数据传输方式都得到了极大的发展，且数据传输速率越来越快，越来越高效。目前调制信号一般为电信号，该电信号通过有线或无线电磁波的方式传输，但是调制电信号较容易受到外界环境的干扰，比较容易造成通信中断。在恶劣环境因素下通信强度达不到，很容易陷入瘫痪，无法传输语音、数据信号。如在矿井下发生坍塌或瓦斯爆炸，发生地震或高层建筑发生火灾等破坏性事故后，常用的语音通信系统将因电力的切断或设备的损坏无法正常工作，语音信号无法传输，常使人员的救援工作陷入困境，浪费宝贵的救援时间与大量的人力物力。金属管线信道因其较好的抗破坏特性将为以上的通信方式做出弥补。在金属管线中信号将以机械载波信号的形式进行传输，其过程为先将电信号变换成机械载波信号，再利用金属管线的振动来传播机械载波信号，最后在接收端通过将机械载波信号变换成电信号的一种方式来实现基于金属管线的信道传输。但是，由于金属管线的物理特性，机械载波信号在其中传播会产生粘滞效应。而采用传统的信号FSK(Frequency-shiftkeying，频移键控)调制方法，在调制波信号电平变化，反映到已调制信号在载波信号电平突变到零电平的时候，由于粘滞效应，在接收端，由机械载波信号变换而来的已调制信号却会出现由载波信号电平逐步衰减到零电平。即存在一定的阻尼振荡时间，这必然会带来信号解调时的系统失真，甚至造成系统无法通信。故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷，避免造成以机械载波信号形式在金属管线信道中传输信号时系统失真，甚至无法工作的问题。
技术实现思路
为解决上述问题，本专利技术的目的在于提供一种机械载波传输语音信号的调制解调系统，在调制信号为高时，通过控制同相载波信号的输出时间以及加入一定时间的反相载波信号，起到了主动消除机械载波信号在金属管线中传播时的粘滞效应而产生的余振现象，大大减少了基于金属管线信道传输信号的系统失真，提高了通信的可靠性。为实现上述目的，本专利技术的技术方案为：一种机械载波传输语音信号的调制解调系统，包括信号发送控制端、信号传递系统、信号接收控制端，所述信号传递系统进一步包括发送换能器，接收换能器，以及发送换能器与接收换能器之间固定连接的金属管线，所述信号发送控制端用于接收需要传输的信号并将其放大调制转换成第一电载波信号输入至发送换能器，所述发送换能器用于将第一电载波信号转换成适应金属管线传输的机械载波信号，所述接收换能器用于将金属管线传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述信号接收控制端用于接收所述接收换能器输出的第二电载波信号并解调放大成输出信号输出，其中信号发送控制端的调制过程为利用正弦载波将调制帧转换成已调制信号，其中所述正弦载波的频率与采用的金属管线的谐振频率一致，当调制波信号为低电平时，已调制波输出零电平；当调制波信号为高时，先输出第一时间周期T1的同相载波信号，紧接着输出第二时间周期T2的反相载波信号，其中第一时间周期T1与第二时间周期T2的总和小于调制波的周期T；信号接收控制端的解调过程为在单个调制信号电平相同的周期内，检测接收到的信号是否有超过一定阈值的高电平出现，如果有，得到解调信号为高电平，否则为低电平。优选地，所述信号发送控制端包括信号输入设备、第一处理模块、FPGA信号调制模块、频率自适应载波产生模块、电压电流信号采集模块、D/A转换模块及功率放大器模块，所述信号输入设备经第一处理模块接入FPGA信号调制模块的一输入端，所述频率自适应载波产生模块输出口接入FPGA信号调制模块的另一输入端；所述FPGA信号调制模块输出经D/A转换模块接入功率放大器模块；所述功率放大器模块输出端口一路接入电压电流信号采集模块，另一路接入金属管线另一端的发送换能器。优选地，所述频率自适应载波产生模块包括电压电流相位比较模块及高分辨DDS模块，所述电压电流相位比较模块通过比较由电压电流信号采集模块输出的电压、电流相位差，在合理的误差范围内作为输出信号达到金属管线谐振频点的依据，进而控制高分辨率DDS模块产生步进为1Hz的正弦信号，当正弦信号频率达到谐振频点时锁定频率输出作为最终载波信号输出至FPGA信号调制模块。优选地，所述信号接收控制端包括模拟信号幅度控制模块、A/D转换模块、FPGA信号解调模块、第二音理处理模块、信号功放及信号输出设备，所述模拟信号幅度控制模块输出端经A/D转换模块与FPGA信号解调模块的输入端口相连接；所述第二处理模块输出端口经信号功放接入语音输出设备；所述FPGA信号解调模块的输出端口与第二处理模块输入端口相接。优选地，所述模拟信号幅度控制模块包括可变增益控制器和可变增益芯片，所述可变增益芯片的输入端连接接收换能器的输出端，所述可变增益芯片的输出端连接所述A/D转换模块的输入端，所述A/D转换模块的一输出端连接所述可变增益控制器的输入端，所述可变增益控制器根据A/D转换模块的输出自动调节可变增益芯片的增益大小。优选地，所述语音信号发送控制端进一步包括第一通信接口，所述第一通信接口包括第一网络控制器以及与其相连的第一网络接口和/或第一485协议控制器以及与其相连的第一485接口。优选地，所述信号接收控制端进一步包括第二通信接口，所述第二通信接口包括第二网络控制器以及与其相连的第二网络接口和/或第二485协议控制器以及与其相连的第二485接口。优选地，所述金属管线为实心的金属管线。优选地，所述接收换能器和发送换能器为压电陶瓷换能器。与现有技术采用的通信手段相比，本专利技术的有益效果如下：(1)系统采用一定直径的实芯金属管线作为传递介质、以机械载波信号作为载波，进而实现调制高压缩比语音信号的最终传输；该通信链路物理强度高、抗干扰能力极强，不易受环境因素影响导致设备瘫痪；(2)在调制信号为高时，通过控制同相载波信号的输出时间以及加入一定时间的反相载波信号，起到了主动消除机械载波信号在金属管线中传播时的粘滞效应而产生的余振现象，大大减少了基于此信道的系统失真，提高了通信的可靠性；(3)通过与调制方法相适应的解调方法，完善了系统通信链路，提高了通信效率；(4)采用自动频率跟踪法使得产生的载波信号的频率与金属管线的谐振频率一致，使得系统工作的稳定性得到提高。附图说明图1为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的结构示意图；图2为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的一具体应用实例中调制波形的示意图；图3为与图2对应的解调波形的结构示意图；图4为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的信号发送控制端的一具体应用实例结构示意图；图5为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的信号发送控制端的又一具体应用实例结构示意图；图6为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的信号发送控制端的信号接收控制端的一结构示意图；图7为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的信号发送控制端的的信号接收控制端的又一结构示意图；图8为本专利技术实施例的机械载波语音信号的调制解调系统的信号发送控制端的又一具体应用实例本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种机械载波传输语音信号的调制解调系统，其特征在于，包括信号发送控制端(10)、信号传递系统(20)、信号接收控制端(30)，所述信号传递系统(20)进一步包括发送换能器(201)，接收换能器(203)，以及发送换能器(201)与接收换能器(203)之间固定连接的金属管线(202)，所述信号发送控制端(10)用于接收需要传输的信号并将其放大调制转换成第一电载波信号输入至发送换能器(201)，所述发送换能器(201)用于将第一电载波信号转换成适应金属管线(202)传输的机械载波信号，所述接收换能器(203)用于将金属管线(202)传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述信号接收控制端(30)用于接收所述接收换能器(203)输出的第二电载波信号并解调放大成输出信号输出，其中信号发送控制端(10)的调制过程为利用正弦载波将调制帧转换成已调制信号，其中所述正弦载波的频率与采用的金属管线的谐振频率一致，当调制波信号为低电平时，已调制波输出零电平；当调制波信号为高时，先输出第一时间周期T1的同相载波信号，紧接着输出第二时间周期T2的反相载波信号，其中第一时间周期T1与第二时间周期T2的总和小于调制波的周期T；信号接收控制端(30)的解调过程为在单个调制信号电平相同的周期内，检测接收到的信号是否有超过一定阈值的高电平出现，如果有，得到解调信号为高电平，否则为低电平。...

【技术特征摘要】
1.一种机械载波传输语音信号的调制解调系统，其特征在于，包括信号发送控制端(10)、信号传递系统(20)、信号接收控制端(30)，所述信号传递系统(20)进一步包括发送换能器(201)，接收换能器(203)，以及发送换能器(201)与接收换能器(203)之间固定连接的金属管线(202)，所述信号发送控制端(10)用于接收需要传输的信号并将其放大调制转换成第一电载波信号输入至发送换能器(201)，所述发送换能器(201)用于将第一电载波信号转换成适应金属管线(202)传输的机械载波信号，所述接收换能器(203)用于将金属管线(202)传输过来的机械载波信号转换成第二电载波信号，所述信号接收控制端(30)用于接收所述接收换能器(203)输出的第二电载波信号并解调放大成输出信号输出，其中信号发送控制端(10)的调制过程为利用正弦载波将调制帧转换成已调制信号，其中所述正弦载波的频率与采用的金属管线的谐振频率一致，当调制波信号为低电平时，已调制波输出零电平；当调制波信号为高时，先输出第一时间周期T1的同相载波信号，紧接着输出第二时间周期T2的反相载波信号，其中第一时间周期T1与第二时间周期T2的总和小于调制波的周期T；信号接收控制端(30)的解调过程为在单个调制信号电平相同的周期内，检测接收到的信号是否有超过一定阈值的高电平出现，如果有，得到解调信号为高电平，否则为低电平，其中阈值是介于最大幅度值和零电平之间的一个值，最大幅度值是接收到的信号经过限幅后得到的最大幅度值。2.根据权利要求1所述的机械载波传输语音信号的调制解调系统，其特征在于，所述信号发送控制端(10)包括信号输入设备(101)、第一处理模块(102)、FPGA信号调制模块(103)、频率自适应载波产生模块(104)、电压电流信号采集模块(105)、D/A转换模块(106)及功率放大器模块(107)，所述信号输入设备(101)经第一处理模块(102)接入FPGA信号调制模块(103)的一输入端，所述频率自适应载波产生模块输出口接入FPGA信号调制模块(103)的另一输入端；所述FPGA信号调制模块(103)输出经D/A转换模块(106)接入功率放大器模块(107)；所述功率放大器模块(107)输出端口一路接入电压电流信号采集模块(105)，另一路接入金属管线另一端的发送换能器(201)。3.根据权利要求2所述的机械载波传输语音信号的调制解调系统，其特征在于，所述频率自适应载波产生模块(104)包括电压电流相位比较模块(1041)及高分辨DDS模块(1042)，所述电压电流相位比较模块(1...

【专利技术属性】
技术研发人员：郑利浩，
申请(专利权)人：浙江传媒学院，
类型：发明
国别省市：