[發(fā)明專利]水聲通信方法及裝置

在審

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710324124.9
• 申請(qǐng)日: 2017-05-10
• 公開（公告）號(hào): CN107171768A
• 公開（公告）日: 2017-09-15
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 范世杰
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 深圳市朗信浩通科技有限公司
• 主分類號(hào): H04L1/00
• 分類號(hào): H04L1/00;H04L1/18;H04B13/02
• 代理公司: 北京超凡志成知識(shí)產(chǎn)權(quán)代理事務(wù)所(普通合伙)11371
• 代理人: 王術(shù)蘭

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及水聲通信領(lǐng)域，特別涉及一種水聲通信編碼方法及裝置。

背景技術(shù)

海洋環(huán)境監(jiān)測、海底污染物的實(shí)時(shí)監(jiān)測、國防海洋防衛(wèi)偵測、海底巡檢、海底大型目標(biāo)入侵實(shí)時(shí)報(bào)警等應(yīng)用都需要利用海底水聲通信技術(shù)，進(jìn)行實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，目前在水下常使用水聲作為數(shù)據(jù)通信介質(zhì)。但由于水聲信道的特性,水聲通信的有效帶寬低，傳輸時(shí)延長，信號(hào)起伏衰落嚴(yán)重，誤碼率高，損耗大，使得水聲通信抗多途、抗衰落的難度很大，導(dǎo)致通信效率低，鏈路中斷頻繁，建立可靠的水聲數(shù)據(jù)通信十分困難。

由于水聲通信的復(fù)雜性，目前水聲通信的編碼技術(shù)過于復(fù)雜，大多致力于提高數(shù)據(jù)傳輸速度和帶寬，編碼復(fù)雜出錯(cuò)率高，實(shí)用性可靠性差。在實(shí)際水聲通信應(yīng)用中，許多場景并不需要傳輸大數(shù)據(jù)流，比如海洋監(jiān)測等應(yīng)用，各類傳感器產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量并不大，不以傳播語音，圖像和復(fù)雜字符為目的，也較少復(fù)雜字符，但要求傳輸簡單可靠，糾錯(cuò)能力強(qiáng)。

由于水聲傳輸?shù)臅r(shí)延效應(yīng)，為建立可靠穩(wěn)定的鏈路連接，如果要求頻繁的握手和反饋ACK信號(hào)，則會(huì)導(dǎo)致通信效率的嚴(yán)重下降。由于水聲鏈路的不穩(wěn)定性，接收端檢驗(yàn)出錯(cuò)后將會(huì)要求發(fā)射端重復(fù)重發(fā)，增加了系統(tǒng)開銷。

相比于空氣中已經(jīng)十分成熟標(biāo)準(zhǔn)化的各種電磁波通信，例如GSM，CDMA，3G，LTE，WIFI，ZIGBEE等，目前全球范圍內(nèi)并沒有形成一套統(tǒng)一的產(chǎn)品和行業(yè)通信標(biāo)準(zhǔn)，成熟的水聲通信產(chǎn)品也寥寥無幾。尤其是對(duì)于10KHz以下工作頻段的水聲通信產(chǎn)品，由于其傳播距離長，可用于軍事目的等原因，因此開發(fā)出可靠穩(wěn)定的水聲通信方法并研究出高性能的水聲通信編碼技術(shù)，將對(duì)于我國海洋環(huán)境監(jiān)測、資源勘查、科學(xué)實(shí)驗(yàn)、防災(zāi)救援，近岸防衛(wèi)偵測，水下目標(biāo)入侵報(bào)警，海下暗礁指示，船只循跡報(bào)告，海底立體位置導(dǎo)航等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

如何提供一種穩(wěn)定可靠的水聲通信裝置是當(dāng)前亟待解決的一個(gè)問題。

發(fā)明內(nèi)容

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中的缺陷，本發(fā)明提出了一種水聲通信的方法及裝置，在水聲通信中利用BCH(31,16)前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，使用BCH(31,16)前向糾錯(cuò)編碼技術(shù)，不需要接收端頻繁反饋ACK信號(hào)，利用接收到的碼內(nèi)冗余校驗(yàn)位糾錯(cuò)，具有很強(qiáng)的糾錯(cuò)能力，可以主動(dòng)糾錯(cuò)不超過3個(gè)的任意誤碼。

具體地，本發(fā)明提供了一種水聲通信方法，該方法包括：

發(fā)送端按照BCH(31,16)編碼將原始數(shù)據(jù)增加用于實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)檢錯(cuò)的冗余監(jiān)督碼元以構(gòu)成編碼數(shù)據(jù)；

通過水聲信道傳輸所述編碼數(shù)據(jù)；

接收端接收所述編碼數(shù)據(jù)，并按照BCH(31,16)解碼以得到解碼數(shù)據(jù)；

監(jiān)測所述解碼數(shù)據(jù)是否正確；

當(dāng)所述解碼數(shù)據(jù)發(fā)生的錯(cuò)誤數(shù)不大于BCH(31,16)的最大糾錯(cuò)檢錯(cuò)個(gè)數(shù)時(shí)，所述接收端通過自動(dòng)糾錯(cuò)加以糾正；當(dāng)所述解碼數(shù)據(jù)發(fā)生的錯(cuò)誤數(shù)大于BCH(31,16)的最大糾錯(cuò)檢錯(cuò)個(gè)數(shù)時(shí)，所述接收端發(fā)送接收失敗的消息給所述發(fā)送端，所述發(fā)送端收到所述消息后重新發(fā)送所述編碼數(shù)據(jù)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述BCH(31,16)編碼與所述BCH(31,16)解碼均通過FPGA電路實(shí)現(xiàn)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述BCH(31,16)的前置碼為101010交替碼。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述BCH(31,16)的第一個(gè)碼字為SC同步碼，所述SC同步碼的字長為32bit。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述BCH(31,16)的地址碼字后面跟隨多個(gè)信息碼字；所述地址碼字的字長為32bit；所述信息碼字的字長為32bit；地址碼字的第一位為0，信息碼字的第一位為1，若沒有地址碼字或信息碼字，則用空閑碼字填充。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述地址碼字的第17到31位是BCH校驗(yàn)位，用于對(duì)所述地址碼字的前16位進(jìn)行糾錯(cuò)編碼；所述地址碼字的第32位為偶校位，用于控制使所述地址碼字中所有1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

作為上述技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述信息碼字的第17到31位是BCH校驗(yàn)位，用于對(duì)所述信息碼字的前16位進(jìn)行糾錯(cuò)編碼；所述信息碼字的第32位為偶校位，用于控制使所述信息碼字中所有1的個(gè)數(shù)為偶數(shù)。

具體地，本發(fā)明還提供了一種水聲通信裝置，該裝置包括：

編碼模塊，用于按照BCH(31,16)編碼將原始數(shù)據(jù)增加用于實(shí)現(xiàn)糾錯(cuò)檢錯(cuò)的冗余監(jiān)督碼元以構(gòu)成編碼數(shù)據(jù)；

傳輸模塊，用于通過水聲信道傳輸所述編碼數(shù)據(jù)；

解碼模塊，用于接收所述編碼數(shù)據(jù)，并按照BCH(31,16)解碼以得到解碼數(shù)據(jù)；