[发明专利]一种基于感应耦合温盐深链的多通道并行处理频域调制解调方法

说明书

本发明是基于感应耦合温盐深链的多通道并行处理频域解调方法，并且结合基于感应耦合温盐深链的多载波基带与FSK混合调制方法所设计的解调方法，设计了一套完整海洋通信收发系统，提高多载波基带和FSK混叠传输准确性的方法。首先采用MATLAB软件上进行了仿真测试，验证了解调方法的可行性。此外利用LABVIEW软件、实际耦合信道对整个海洋通信收发系统进行实际的实验室级测试，以验证在实际环境中的使用情况，并且与传统的时域滤波方法进行比较，验证其优越性。该发明为海洋数据传输研究提供了一个新的方法，并对提高海洋通信系统传输速率和准确性具有重要的实际意义，并对复杂海洋通信监测系统提供了解决方案。

技术领域

本发明以感应耦合温盐深链的多载波基带与FSK混合调制方法为基础，提出一种基于感应耦合温盐深链的多通道并行处理频域调制解调方法，以提高多载波基带和FSK混叠传输的准确性，为基于感应耦合通信信道的数据通信研究提供了一个新的思路，为提高海洋通信系统的抗干扰能力和降低信号传输的误码率提供了方法依据。

背景技术

基于感应耦合信道的数据传输技术是海洋测量的关键技术之一，其采用电磁感应原理实现无接触的水下信号传输，具有传输方式结构简单、成本低，传输距离远的特点，同时可以将传感器节点进行立体组网，实现更好的海洋监测作用。感应耦合海洋数据通信系统主要由水下数据节点，数据传输信道和水上接收调制系统三部分组成，其中水下数据节点由传感器、数据发送调制系统组成；传输信道由耦合磁环(包括水上磁环和水下磁环)、传输缆和水体组成。在感应耦合海洋实际测量工作中，水下数据节点中的传感器完成对不同节点的海水温度、盐度、深度等信息的采集，并将数据经过数据发送调制系统进行调制组包传到水下磁环，然后通过感应耦合传输到单匝线圈再传输到水上磁环，最后传输到水上接收调制系统进行解调处理。

目前，中国所研发的感应耦合传输系统即是以海洋环境、铁氧体材料的磁环、高强度的塑包钢缆为传输通道，应用ASK或DPSK的调制解调技术，实现数据信息的传输，其传输速率达到1200bps。相较于中国，其他国家基于感应耦合原理的传输系统已拥有多种类型的成熟的产品。现阶段，掌握感应耦合传输技术并实际应用到海洋监测系统的主要有两个公司，分别是美国的SBE-BIRD和加拿大的RBR公司，其产品的传输速率可达9.6Kbps。ASK常用的解调方法为非相干解调(包络检波法)和相干解调(同步检测法)；DPSK常用的解调方法为相干解调(极性比较法)加码反变换法和差分相干解调(相位比较法)，采用串行数据处理方式，处理速度较慢，解调电路复杂。而基于感应耦合温盐深链多载波基带与FSK混合调制采用的时域解调方法存在抗干扰能力低，对复杂海洋环境中的低信噪比信道适应能力差，数据传输的准确性不高，而采用并行滤波器对频域数据分析的方法，相比于在时域中的数据解调方法，具有电路设计简单，信号传输的准确性高的优点。

发明内容

本发明的目的是通过对感应耦合温盐深链的通信系统接收器解调方法的研究，设计了基于多通道并行处理频域解调方法，提高了多载波基带和FSK混叠调制传输的准确性，降低传输信号的误码率，大大提高海洋监控网络的工作能力和实时监控能力，降低海洋通信监控节点的功耗，延长使用时间。

本发明依据感应耦合信道的信道特点和傅立叶变化进行了理论分析，并根据FFT/IFFT的相关理论知识和频域滤波的优势，基于感应耦合温盐深链的多载波基带与FSK混合调制方法，设计了新型的信号解调方法，以提高多载波基带和FSK混叠传输准确性。首先将接收到时域数字信号通过FFT变换变成频域信号，得到信号的频谱；其次将变换所得频域信号同时并行通过多个频域滤波器，进行频域滤波，提取出基带频谱，这里面的滤波器的个数取决于发送参数个数，滤波器为频域上的窗函数；最后对所有的提取出的信号进行IFFT，频域变换成时域，整形恢复成方波形式，再进行计数。本发明基于感应耦合温盐深链，有温度、盐度、深度三种信号，调制部分设置了三种不同频率的方波，每一种频率的方波代表一种参数，方波的周期数为该参数的发送数值大小，因此本发明设计了四种不同中心频率的频域滤波器，四通道的并行处理。