[发明专利]一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法及系统

权利要求书

1.一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、利用PWAM算法对频谱上高低频信号的占比和高低频信号的频率差进行调制，构建多个在频域符合PWAM编解码的码块，每个码块对应一个信号字符，设计在频域符合PWAM编解码的前缀码和后缀码；

S2、编码端获取待发送的信息，将其分解为信号字符，组合信号字符对应的码块，加上前缀码和后缀码后得到编码信息，以超声波形式发送编码信息；

S3、解码端获取编码信息，利用信号相似度匹配识别编码信息所对应的码块，获取码块对应的信号字符，解码得到编码端发送的信息；

步骤S1中，信号字符为十六进制的离散数值，码元为代表不同离散数值的基本波形，信号调制和解析以帧为最小单位，每个码元包含多个帧，通过改变每个帧中高低频信号的占比和高低频信号的频率差得到不同的码元，码块为对应码元的传输序列；

所述码块、前缀码和后缀码的构建为：调制信号频率锯齿式变化的帧，不同变化的多个帧组成码块，调制信号频率阶梯式变化的帧，多个帧组成前缀码，调制信号频率全低频的帧，多个帧组成后缀码，所述前缀码和后缀码对应的帧的信号频率变化与码元中帧的信号频率变化不同。

2.根据权利要求1所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，每个码元包含40个帧，每个帧的大小为240。

3.根据权利要求1所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，每个帧的有效信息频段在17kHz～22kHz，17kHz～22kHz在数据帧的频谱上对应的tap在80+5～80+30之间，tap表示采样点在帧当中的下标位置。

4.根据权利要求1所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，步骤S2中，将待发送的信息拆分为字符，将每个字符转换为16位的二进制流，每4位作为一个信号字符，找到各个信号字符对应的码块，根据信息中字符的前后序以及二进制流中的高低位将码块进行组合，得到初始信息，再在初始信息前加上前缀码，在初始信息后加上后缀码，得到编码信息，将编码信息通过播放器以超声波形式发送。

5.根据权利要求1所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，步骤S3中，接收超声波形式的编码信息，将其转换到频域上，监听转换后的频域信号，并进行前缀码匹配，前缀码匹配成功后匹配码块和后缀符，扫描所有码块和后缀符，获取其中与前缀码欧式距离最短的后缀符作为终止符，将前缀码与终止符之间的码块转换为信号字符，映射为信息，解码得到编码端发送的信息。

6.根据权利要求1所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信方法，其特征在于，通过信号相似度匹配前缀码、码块和后缀码，当相似度达到预设置的阈值时，前缀码和后缀码匹配成功，选择与频域信号相似度最高的码块匹配频域信号。

7.一种基于频域调制PWAM的超声波通信系统，其特征在于，基于如权利要求1-6中任一所述的基于频域调制PWAM的超声波通信方法，利用PWAM算法对频谱上高低频信号的占比和高低频信号的频率差进行调制，包括：

信息发送端，包括编码器和播放器，编码器存储有在频域符合PWAM编解码的码块、前缀码和后缀码，每个码块对应一个信号字符，编码器获取待发送的信息，将其分解为信号字符，组合信号字符对应的码块，加上前缀码和后缀码后得到编码信息，播放器以超声波形式发送编码信息；

信息接收端，包括接收器和解码器，解码器存储有在频域符合PWAM编解码的码块、前缀码和后缀码，每个码块对应一个信号字符，接收器接收超声波形式的编码信息，解码器利用信号相似度匹配识别编码信息所对应的码块，获取码块对应的信号字符，解码得到编码端发送的信息。

8.根据权利要求7所述的一种基于频域调制PWAM的超声波通信系统，其特征在于，信号字符为十六进制的离散数值，码元为代表不同离散数值的基本波形，信号调制和解析以帧为最小单位，每个码元包含多个帧，通过改变每个帧中高低频信号的占比和高低频信号的频率差得到不同的码元，码块为对应码元的传输序列。