本發(fā)明屬于通信
技術(shù)領(lǐng)域：
，具體地說(shuō)，是涉及一種自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法及系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
：水下聲通信是目前最為成熟的水下無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，但聲波在水中傳輸速率僅為1.5×103米/秒，與光在水中傳播速率（3×108米/秒）相差5個(gè)數(shù)量級(jí)。同時(shí)軍事聲吶等不斷加劇的海洋噪聲正在嚴(yán)重影響著海豚、鯨等海洋哺乳動(dòng)物的生活，甚至致其聽(tīng)力喪失或死亡。雖然水聲通信傳播延遲大、通信帶寬低、多徑效應(yīng)嚴(yán)重、影響海洋生態(tài)，但其最大優(yōu)勢(shì)是可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)傳輸距離。水下無(wú)線(xiàn)光通信是一種以光波作為信息載體的通信方式。海水對(duì)450～550nm波段內(nèi)藍(lán)綠光衰減比對(duì)其他光波段衰減要小很多，為解決長(zhǎng)期水下目標(biāo)探測(cè)、通信等關(guān)鍵難題奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。無(wú)線(xiàn)光通信以高速率、低功耗、較小尺寸和保密性好而著稱(chēng)。雖然無(wú)線(xiàn)光通信在速率、功耗、體積等方面有一定優(yōu)勢(shì)，然而其通信距離短的缺點(diǎn)制約了光通信在水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)領(lǐng)域進(jìn)一步發(fā)展。技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：為了解決現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法，可以根據(jù)通信信道狀況自適應(yīng)選擇通信模式；一種自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法，具有位于水下的多個(gè)通信節(jié)點(diǎn)，包括以下步驟：首先檢測(cè)兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的信道信噪比；根據(jù)所述信道信噪比，選擇采用固定的聲通信模式或者不同的光通信模式作為上述兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的約定通信模式；根據(jù)所述約定通信模式，執(zhí)行兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸。本技術(shù)方案的有益效果是根據(jù)通信信道狀況自適應(yīng)選擇通信模式（光通信或聲通信），以適應(yīng)不同水下環(huán)境的通信需求以提高水下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男?。進(jìn)一步的，所述信道信噪比越高，選擇采用通信速率越高的光通信模式；信道信噪比越低，選擇采用通信速率越低的光通信模式或固定的聲通信模式；通過(guò)采用不同的信道編碼調(diào)制方法得到不同通信速率的光通信模式，其有益效果是根據(jù)通信信道狀況自適應(yīng)選擇通信模式（光通信或聲通信）和編碼調(diào)制策略（不同編碼調(diào)制模式對(duì)應(yīng)不同通信速率），以適應(yīng)不同水下環(huán)境的通信需求以提高水下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男?。進(jìn)一步的，檢測(cè)兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的信道信噪比的具體方法是：第一節(jié)點(diǎn)向第二節(jié)點(diǎn)通過(guò)聲通信模式發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，第二節(jié)點(diǎn)接收所述請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，并向其余節(jié)點(diǎn)發(fā)送清除發(fā)送信號(hào)；用于停止其余節(jié)點(diǎn)向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；第一節(jié)點(diǎn)向第二節(jié)點(diǎn)通過(guò)光通信模式發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，第二節(jié)點(diǎn)接收所述檢測(cè)信號(hào)，解析得到信道信噪比，其有益效果是首先采用聲通訊模式發(fā)送請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)，可以確保請(qǐng)求發(fā)送信號(hào)到達(dá)目的節(jié)點(diǎn)，具體而言就是第二節(jié)點(diǎn)，在第二節(jié)點(diǎn)接收到以后，第一節(jié)點(diǎn)以光通信模式發(fā)送檢測(cè)信號(hào)，可以檢測(cè)當(dāng)前的通信信道，在這種聲通信模式+光通信模式的傳輸下，高效得檢測(cè)通信信道的環(huán)境。進(jìn)一步的，兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間每傳輸固定數(shù)量的數(shù)據(jù)后，再次檢測(cè)所述兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的信道信噪比，根據(jù)信道信噪比重新確立約定通信模式，并執(zhí)行數(shù)據(jù)傳輸，其有益效果是可以根據(jù)環(huán)境的改變，實(shí)時(shí)變換傳輸策略，高效高質(zhì)得傳輸數(shù)據(jù)。進(jìn)一步的，當(dāng)所述兩個(gè)通信節(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)傳輸完畢后，第一節(jié)點(diǎn)或第二節(jié)點(diǎn)向其余節(jié)點(diǎn)發(fā)送完畢信號(hào)，作為一次數(shù)據(jù)傳輸完畢的標(biāo)志，其有益效果是可以向外界發(fā)送完畢信號(hào)，有效通知外界目前傳輸數(shù)據(jù)的狀態(tài)，作為進(jìn)行下一步工作的基礎(chǔ)。本發(fā)明還提供了一種基于上述方法的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信系統(tǒng)，包括處理器、聲通信發(fā)射機(jī)、聲通信接收機(jī)、光通信發(fā)射機(jī)、光通信接收機(jī)和電源電路；所述處理器生成待發(fā)射的命令信號(hào)或通信數(shù)據(jù)，通過(guò)聲通信發(fā)射機(jī)或光通信發(fā)射機(jī)轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)或光信號(hào)向外發(fā)射，所述命令信號(hào)包括數(shù)據(jù)傳輸請(qǐng)求信號(hào)、信道信噪比檢測(cè)信號(hào)、數(shù)據(jù)接收暫停信號(hào)或數(shù)據(jù)傳輸完畢信號(hào)；所述聲通信接收機(jī)或光通信接收機(jī)，接收聲信號(hào)或光信號(hào)并轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，并發(fā)送至處理器，處理器解析所述電信號(hào)為命令信號(hào)或通信數(shù)據(jù)，若為命令信號(hào)則執(zhí)行相應(yīng)命令。進(jìn)一步的，所述聲通信發(fā)射機(jī)包括聲發(fā)射換能器和聲發(fā)射電路；聲通信接收機(jī)包括聲接收換能器和聲接收電路；所述聲發(fā)射電路接收處理器生成的命令信號(hào)或通信數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行編碼調(diào)制，然后發(fā)送至聲發(fā)射換能器轉(zhuǎn)換為聲信號(hào)進(jìn)行發(fā)射；所述聲接收換能器接收聲信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送至聲接收電路，聲接收電路對(duì)所述電信號(hào)譯碼解調(diào)，然后發(fā)送至處理器。進(jìn)一步的，所述聲發(fā)射電路包括TURBO編碼電路和PSK調(diào)制電路，TURBO編碼電路與PSK調(diào)制電路相連；所述聲接收電路包括TURBO譯碼電路和PSK解調(diào)電路，TURBO譯碼電路與PSK解調(diào)電路相連。該技術(shù)方案的有益效果是具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PSK調(diào)制可增加通信距離。TURBO碼接近于隨機(jī)碼,有很好的距離特性,因而有較強(qiáng)抗衰減和抗干擾能力。TURBO碼經(jīng)理想交織后在加性高斯白噪聲信道中的性能與未編碼相比有數(shù)分貝的增益,只要接收機(jī)能檢測(cè)到哪些頻點(diǎn)受到干擾,對(duì)信號(hào)進(jìn)行刪除糾錯(cuò)譯碼,則可得到其它碼難以達(dá)到的性能,因而特別適合于惡劣環(huán)境及遠(yuǎn)距離通信。聲通信工作模式選擇PSK調(diào)制+TURBO信道編碼，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)8kbps，通信距離超過(guò)100米。進(jìn)一步的，所述光通信發(fā)射機(jī)包括光編碼電路、光調(diào)制器和光發(fā)送器；光通信接收機(jī)包括光譯碼電路、光解調(diào)器和光接收器；所述光編碼電路接收處理器生成的命令信號(hào)或通信數(shù)據(jù)，對(duì)其進(jìn)行交織編碼，然后發(fā)送至光調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，經(jīng)調(diào)制后的信號(hào)發(fā)送至光發(fā)送器進(jìn)行發(fā)射；所述光接收器接收光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電信號(hào)，發(fā)送至光解調(diào)器，光解調(diào)器對(duì)所述電信號(hào)進(jìn)行解交織解調(diào)，經(jīng)解交織解調(diào)后的信號(hào)再發(fā)送至光譯碼電路進(jìn)行譯碼，經(jīng)譯碼后的信號(hào)發(fā)送至處理器。進(jìn)一步的，所述光調(diào)制器至少包括QAM+OFDM調(diào)制電路、PPM調(diào)制電路或OOK調(diào)制電路中的一種；所述光解調(diào)器至少包括QAM+OFDM解調(diào)電路、PPM解調(diào)電路或OOK解調(diào)電路中的一種。當(dāng)采用高速光通信模式時(shí)，光調(diào)制器采用QAM+OFDM調(diào)制電路，其有益效果是綜合考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度以及硬件資源消耗情況，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)10Mbps，通信距離可達(dá)30米。當(dāng)采用中速光通信模式時(shí)，光調(diào)制器采用PPM調(diào)制電路，其有益效果是具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PPM調(diào)制可降低平均發(fā)射功率。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)1M-2Mbps，通信距離可達(dá)到30-60米。當(dāng)采用低速光通信模式時(shí)，光調(diào)制器采用OOK調(diào)制電路，其有益效果是可以實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，比較適合于低信噪比和較低速率的場(chǎng)合。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)100kbps，通信距離達(dá)60-100米。進(jìn)一步的，所述光編碼電路為RS編碼電路，所述光譯碼電路為RS譯碼電路。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：本發(fā)明的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法，根據(jù)通信信道狀況自適應(yīng)選擇通信模式（光通信或聲通信）和編碼調(diào)制策略（不同編碼調(diào)制模式對(duì)應(yīng)不同通信速率），以適應(yīng)不同水下環(huán)境的通信需求以提高水下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男?。附圖說(shuō)明構(gòu)成本申請(qǐng)的一部分的說(shuō)明書(shū)附圖用來(lái)提供對(duì)本申請(qǐng)的進(jìn)一步理解，本申請(qǐng)的示意性實(shí)施例及其說(shuō)明用于解釋本申請(qǐng)，并不構(gòu)成對(duì)本申請(qǐng)的不當(dāng)限定。圖1是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法的一種實(shí)施例流程圖；圖2是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖；圖3是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中高速光通信模式發(fā)射原理方框圖；圖4是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中中速光通信模式發(fā)射原理方框圖；圖5是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中低速光通信模式發(fā)射原理方框圖；圖6是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中高速光通信模式接收原理方框圖；圖7是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中中速光通信模式接收原理方框圖；圖8是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中低速光通信模式接收原理方框圖；圖9是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中聲通信模式發(fā)射原理方框圖；圖10是本發(fā)明提出的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置的一種實(shí)施例中聲通信模式接收原理方框圖。具體實(shí)施方式應(yīng)該指出，以下詳細(xì)說(shuō)明都是例示性的，旨在對(duì)本申請(qǐng)?zhí)峁┻M(jìn)一步的說(shuō)明。除非另有指明，本文使用的所有技術(shù)和科學(xué)術(shù)語(yǔ)具有與本申請(qǐng)所屬
技術(shù)領(lǐng)域：
的普通技術(shù)人員通常理解的相同含義。需要注意的是，這里所使用的術(shù)語(yǔ)僅是為了描述具體實(shí)施方式，而非意圖限制根據(jù)本申請(qǐng)的示例性實(shí)施方式。如在這里所使用的，除非上下文另外明確指出，否則單數(shù)形式也意圖包括復(fù)數(shù)形式，此外，還應(yīng)當(dāng)理解的是，當(dāng)在本說(shuō)明書(shū)中使用術(shù)語(yǔ)“包含”和/或“包括”時(shí)，其指明存在特征、步驟、操作、器件、組件和/或它們的組合。實(shí)施例一水下通信時(shí)，一般需要布設(shè)兩個(gè)或以上的通信節(jié)點(diǎn)進(jìn)行信號(hào)傳輸，任一通信節(jié)點(diǎn)既可作為發(fā)射端，也可作為接收端，本方法以任意兩個(gè)節(jié)點(diǎn)之間通信為例詳細(xì)說(shuō)明本自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法。本實(shí)施例提出了一種自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法，如圖1所示，包括以下步驟：S1、第一節(jié)點(diǎn)采用水下聲通信模式向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；雖然聲波在水中的傳輸速率很低，但是其具有傳輸穩(wěn)定性好，傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，由于請(qǐng)求信號(hào)數(shù)據(jù)量很小，且聲通信較光通信更穩(wěn)定，優(yōu)選采用聲通信模式進(jìn)行遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳輸。S2、第二節(jié)點(diǎn)收到來(lái)自第一節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信號(hào)后，向水下其他所有節(jié)點(diǎn)以聲通信模式發(fā)出清除發(fā)送信號(hào)，表明該第二節(jié)點(diǎn)已準(zhǔn)備就緒接收，而其他所有節(jié)點(diǎn)暫停向所述第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；為了提高信號(hào)在水中傳輸?shù)姆€(wěn)定性，優(yōu)選一對(duì)一傳輸，也就是說(shuō)，一個(gè)接收節(jié)點(diǎn)同時(shí)只能接收來(lái)自于一個(gè)發(fā)射節(jié)點(diǎn)發(fā)送的信號(hào)。S3、第一節(jié)點(diǎn)以低速光通信編碼調(diào)制模式向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)試信道信噪比的導(dǎo)頻信號(hào)；由于本發(fā)明根據(jù)光通信時(shí)的信道狀況選擇不同的光通信編碼調(diào)制方式，因此，本實(shí)施例中首先采用低速光通信模式由發(fā)射端向接收端發(fā)送導(dǎo)頻信號(hào)，以測(cè)試接收端的信噪比，信噪比越高，表明通信質(zhì)量越高。S4、第二節(jié)點(diǎn)同樣以低速光通信編碼調(diào)制模式接收第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)，測(cè)得該節(jié)點(diǎn)處的導(dǎo)頻信號(hào)信噪比SNR；S5、第二節(jié)點(diǎn)以接收端接收信號(hào)的信噪比SNR值作為判斷條件，將其與信噪比閾值相比較，劃分為四個(gè)區(qū)間，根據(jù)第二節(jié)點(diǎn)接收信噪比SNR選擇合適的信號(hào)編碼調(diào)制方式。S6、第二節(jié)點(diǎn)以聲通信模式將所選擇的信號(hào)編碼調(diào)制方式發(fā)送給第一節(jié)點(diǎn)；同樣道理的，聲波具有在水中傳輸穩(wěn)定性好，傳輸距離遠(yuǎn)的優(yōu)點(diǎn)，由于所選擇的信號(hào)編碼調(diào)制方式信號(hào)的數(shù)據(jù)量很小，優(yōu)選采用聲通信模式進(jìn)行遠(yuǎn)距離穩(wěn)定傳輸。S7、第一節(jié)點(diǎn)以聲通信模式接收到所選擇的信號(hào)編碼調(diào)制方式后與第二節(jié)點(diǎn)一同調(diào)整自身編碼調(diào)制模式，開(kāi)始有效數(shù)據(jù)傳輸。步驟S5中預(yù)設(shè)有至少三個(gè)信噪比閾值SNR1，SNR2，SNR3，且SNR1＞SNR2＞SNR3，若檢測(cè)到導(dǎo)頻信號(hào)信噪比SNR大于等于SNR1，將選擇高速光通信編碼調(diào)制模式；若檢測(cè)到導(dǎo)頻信噪比大于等于SNR2且小于SNR1，將選擇中速光通信編碼調(diào)制模式；若檢測(cè)到導(dǎo)頻信噪比大于等于SNR3且小于SNR2，將選擇低速光通信編碼調(diào)制模式；若檢測(cè)到導(dǎo)頻信噪比低于SNR3，將選擇聲通信的編碼調(diào)制模式。本實(shí)施例的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信方法，根據(jù)通信信道狀況自適應(yīng)選擇通信模式（光通信或聲通信）和編碼調(diào)制策略（不同編碼調(diào)制模式對(duì)應(yīng)不同通信速率），以適應(yīng)不同水下環(huán)境的通信需求，提高水下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男?。根?jù)水下通信信道狀況，接收信噪比由高至低依次分為4個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一定范圍的信噪比值。當(dāng)接收信噪比為第四等級(jí)（最差信噪比等級(jí)）時(shí)，表明水下信道傳輸距離或信道狀況不足以支持光通信，此時(shí)應(yīng)采用聲通信；當(dāng)接收信噪比為第一二三等級(jí)時(shí)，采用光通信。發(fā)送接收節(jié)點(diǎn)每發(fā)送一幀數(shù)量的數(shù)據(jù)就根據(jù)實(shí)時(shí)接收信噪比等級(jí)自適應(yīng)調(diào)整信道編碼和調(diào)制方式。在步驟S7之后，還包括：S8、每傳輸固定數(shù)量的數(shù)據(jù)幀便再次進(jìn)行信道狀態(tài)測(cè)試，將測(cè)試到的信噪比分別與所述三個(gè)信噪比閾值進(jìn)行比較，根據(jù)比較結(jié)果重新選擇信號(hào)編碼調(diào)制方式，相應(yīng)切換信號(hào)編碼調(diào)制方式以調(diào)整傳輸速率。由于水下環(huán)境隨時(shí)可能發(fā)生變化，因此，需要周期性進(jìn)行信道狀態(tài)測(cè)試，以相適應(yīng)調(diào)整信號(hào)編碼調(diào)制方式，以保證通信質(zhì)量，減小信號(hào)傳輸?shù)恼`碼率。作為一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例，步驟S5中高速光通信編碼調(diào)制模式采用OFDM+QAM調(diào)制，RS信道編碼；中速光通信編碼調(diào)制模式采用PPM調(diào)制，RS信道編碼；低速光通信編碼調(diào)制模式采用OOK調(diào)制，RS信道編碼；聲通信的編碼調(diào)制模式采用PSK調(diào)制，Turbo編碼。如表1所示，給出聲光融合水下無(wú)線(xiàn)傳感網(wǎng)在聲、光兩種通信媒介下規(guī)劃的四種通信模式編碼調(diào)制方案。高速光通信中速光通信低速光通信聲通信信道編碼方式RS碼RS碼RS碼TURBO碼調(diào)制方式OFDM+QAM調(diào)制PPM調(diào)制OOK調(diào)制PSK調(diào)制通信距離0-30米30-60米60-100米>100米傳輸速率約10Mbps約1-2Mbps約100kbps約8kbps表1其中，1）高速光通信編碼調(diào)制模式QAM（QuadratureAmplitudeModulation,QAM）調(diào)制也即正交振幅調(diào)制，通過(guò)相位和振幅聯(lián)合控制得到更高頻譜效率，從而可在限定頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。水下無(wú)線(xiàn)高速通信時(shí)碼元持續(xù)時(shí)間短、碼間干擾嚴(yán)重，而OFDM（OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing,OFDM），即正交頻分復(fù)用技術(shù)，使用并行傳輸可在相同數(shù)據(jù)率條件下增大碼元持續(xù)時(shí)間并使用循環(huán)前綴，在接收端通過(guò)簡(jiǎn)單一階頻域信道均衡即可實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾接收，因此高速光通信模式選用OFDM+QAM技術(shù)充分發(fā)揮彼此優(yōu)勢(shì)。RS碼（Reed-Solomoncodes,RS碼）糾錯(cuò)性能適中，在碼長(zhǎng)很短時(shí)也有較好糾錯(cuò)性能而且RS碼硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，在近距離通信時(shí)系統(tǒng)誤碼率較低。綜合考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度以及硬件資源消耗情況,在光通信時(shí)均選擇RS碼作為信道編碼方式。綜合考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度以及硬件資源消耗情況,高速光通信模式選擇OFDM和QAM調(diào)制+RS信道編碼方式。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)10Mbps，通信距離可達(dá)30米。2）中速光通信編碼調(diào)制模式PPM調(diào)制(PulsePositionModulation,PPM）具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PPM調(diào)制可降低平均發(fā)射功率。中速光通信模式選擇PPM調(diào)制+RS信道編碼，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)1M-2Mbps，通信距離可達(dá)到30-60米。3）低速光通信編碼調(diào)制模式OOK調(diào)制(On-OffKeying,OOK)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單、技術(shù)成熟，比較適合于低信噪比和較低速率的場(chǎng)合。低速光通信模式選擇OOK調(diào)制+RS信道編碼方案。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)100kbps，通信距離達(dá)60-100米。4）聲通信工作模式PSK調(diào)制也即相移鍵控調(diào)制，具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PSK調(diào)制可增加通信距離。TURBO碼接近于隨機(jī)碼,有很好的距離特性,因而有較強(qiáng)抗衰減和抗干擾能力。TURBO碼經(jīng)理想交織后在加性高斯白噪聲信道中的性能與未編碼相比有數(shù)分貝的增益,只要接收機(jī)能檢測(cè)到哪些頻點(diǎn)受到干擾,對(duì)信號(hào)進(jìn)行刪除糾錯(cuò)譯碼,則可得到其它碼難以達(dá)到的性能,因而特別適合于惡劣環(huán)境及遠(yuǎn)距離通信。聲通信工作模式選擇PSK調(diào)制+TURBO信道編碼，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)8kbps，通信距離超過(guò)100米。步驟S8之后，還包括：S9、當(dāng)?shù)谝还?jié)點(diǎn)中數(shù)據(jù)包的所有數(shù)據(jù)幀發(fā)送完畢，第二節(jié)點(diǎn)全部接收后，第二節(jié)點(diǎn)向水下其他所有節(jié)點(diǎn)以聲通信模式發(fā)送確認(rèn)字符信號(hào)，通知第一節(jié)點(diǎn)及其他節(jié)點(diǎn)接收完畢，此次發(fā)送接收過(guò)程結(jié)束。本申請(qǐng)的另一種典型的實(shí)施方式中，一種基于自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置，如圖2所示，包括核心處理器、水聲發(fā)送換能器、水聲接收換能器、聲發(fā)射處理電路、聲接收處理電路、光發(fā)送器、光接收器、光調(diào)制器、光解調(diào)器、光編碼電路、光譯碼電路以及電源管理電路，所述水聲發(fā)送換能器、聲發(fā)射處理電路組成聲通信模式發(fā)射機(jī)；所述水聲接收換能器、聲接收處理電路組成聲通信模式接收機(jī)；所述光編碼電路、光調(diào)制器、光發(fā)送器組成光發(fā)送電路，所述光譯碼電路、光解調(diào)器、光接收器組成光接收電路，兩個(gè)無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置之間通信時(shí)包括以下步驟：S1、第一節(jié)點(diǎn)采用聲通信模式向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送請(qǐng)求信號(hào)；S2、第二節(jié)點(diǎn)采用聲通信模式收到來(lái)自第一節(jié)點(diǎn)的請(qǐng)求信號(hào)后，向水下其他所有節(jié)點(diǎn)通過(guò)聲通信模式發(fā)出清除發(fā)送信號(hào)，表明該第二節(jié)點(diǎn)已準(zhǔn)備就緒接收，而其他所有節(jié)點(diǎn)暫停向所述第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送數(shù)據(jù)；S3、第一節(jié)點(diǎn)以通過(guò)光發(fā)送電路的低速光通信編碼調(diào)制模式向第二節(jié)點(diǎn)發(fā)送測(cè)試信道信噪比的導(dǎo)頻信號(hào)；S4、第二節(jié)點(diǎn)以光接收電路的低速光通信編碼解調(diào)模式接收第一節(jié)點(diǎn)發(fā)送的導(dǎo)頻信號(hào)，測(cè)得該第二節(jié)點(diǎn)處的信噪比SNR；S5、第二節(jié)點(diǎn)根據(jù)測(cè)試的信噪比SNR，將其與預(yù)設(shè)三個(gè)信噪比閾值比較，從高速光通信編碼調(diào)制模式、中速光通信編碼調(diào)制模式、低速光通信編碼調(diào)制模式以及聲通信模式中選擇相應(yīng)的信號(hào)編碼調(diào)制方式；S6、第二節(jié)點(diǎn)采用聲通信模式將所選擇的信號(hào)編碼調(diào)制方式發(fā)送給第一節(jié)點(diǎn)；S7、第一節(jié)點(diǎn)接收到所選擇的信號(hào)編碼調(diào)制方式后調(diào)整自身編碼調(diào)制模式，選擇該信號(hào)編碼調(diào)制方式相對(duì)應(yīng)的電路開(kāi)始有效數(shù)據(jù)傳輸。如圖2所示，光調(diào)制器包括高速光調(diào)制器、中速光調(diào)制器、低速光調(diào)制器，光解調(diào)器包括高速光解調(diào)器、中速光解調(diào)器、低速光解調(diào)器，光編碼電路為RS編碼電路，光譯碼電路為RS譯碼電路，如圖3所示，高速光調(diào)制器包括QAM調(diào)制電路、OFDM調(diào)制電路，當(dāng)采用高速光通信編碼調(diào)制模式發(fā)射信號(hào)時(shí)，核心處理器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)RS編碼電路進(jìn)行RS編碼后發(fā)送至交織電路進(jìn)行交織，然后發(fā)送至QAM調(diào)制電路和OFDM調(diào)制電路分別進(jìn)行QAM調(diào)制和OFDM調(diào)制后，發(fā)送至光源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)光發(fā)送器產(chǎn)生光信號(hào)并進(jìn)行發(fā)射；QAM調(diào)制通過(guò)相位和振幅聯(lián)合控制得到更高頻譜效率，從而可在限定頻帶內(nèi)傳輸更高速率的數(shù)據(jù)。水下無(wú)線(xiàn)高速通信時(shí)碼元持續(xù)時(shí)間短、碼間干擾嚴(yán)重，而OFDM使用并行傳輸可在相同數(shù)據(jù)率條件下增大碼元持續(xù)時(shí)間并使用循環(huán)前綴，在接收端通過(guò)簡(jiǎn)單一階頻域信道均衡即可實(shí)現(xiàn)無(wú)碼間干擾接收，因此高速光通信模式選用OFDM+QAM技術(shù)充分發(fā)揮彼此優(yōu)勢(shì)。RS碼糾錯(cuò)性能適中，在碼長(zhǎng)很短時(shí)也有較好糾錯(cuò)性能而且RS碼硬件實(shí)現(xiàn)相對(duì)簡(jiǎn)單，在近距離通信時(shí)系統(tǒng)誤碼率較低。綜合考慮系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)難度以及硬件資源消耗情況,高速光通信模式選擇OFDM和QAM調(diào)制+RS信道編碼方式。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)1Mbps，通信距離可達(dá)5米。當(dāng)采用上述電路結(jié)構(gòu)的高速調(diào)制器時(shí)，如圖6所示，相應(yīng)的高速光解調(diào)器包括OFDM解調(diào)電路、QAM解調(diào)電路，當(dāng)采用高速光通信編碼調(diào)制模式接收信號(hào)時(shí)，光接收器接收高速光信號(hào)后進(jìn)入光電檢測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成電信號(hào)依次進(jìn)入所述OFDM解調(diào)電路和解交織電路進(jìn)行OFDM解調(diào)和解交織，然后發(fā)送至所述RS譯碼電路進(jìn)行RS譯碼，譯碼后的信號(hào)發(fā)送至所述核心處理器；如圖4所示，本實(shí)施例中的中速光調(diào)制器包括PPM調(diào)制電路，當(dāng)采用中速光通信編碼調(diào)制模式發(fā)射信號(hào)時(shí)，核心處理器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)所述RS編碼電路進(jìn)行RS編碼后發(fā)送至交織電路進(jìn)行交織，然后發(fā)送至所述PPM調(diào)制電路進(jìn)行PPM調(diào)制后，發(fā)送至所述光源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述光發(fā)送器產(chǎn)生光信號(hào)并進(jìn)行發(fā)射；PPM調(diào)制具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PPM調(diào)制可降低平均發(fā)射功率。中速光通信模式選擇PPM調(diào)制+RS信道編碼，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)100kbps，通信距離可達(dá)到5-20米。當(dāng)采用上述電路結(jié)構(gòu)形式的中速光解調(diào)器時(shí)，如圖7所示，相應(yīng)的中速光解調(diào)器包括PPM解調(diào)電路，當(dāng)采用中速光通信編碼調(diào)制模式接收信號(hào)時(shí)，光接收器接收中速光信號(hào)后進(jìn)入光電檢測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換，生成電信號(hào)進(jìn)入PPM解調(diào)電路和解交織電路進(jìn)行PPM解調(diào)和解交織，然后發(fā)送至RS譯碼電路進(jìn)行RS譯碼，譯碼后的信號(hào)發(fā)送至核心處理器；如圖5所示，低速光調(diào)制器包括OOK調(diào)制電路，當(dāng)采用低速光通信編碼調(diào)制模式發(fā)射信號(hào)時(shí)，核心處理器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)RS編碼電路進(jìn)行RS編碼后發(fā)送至交織電路進(jìn)行交織，然后發(fā)送至OOK調(diào)制電路進(jìn)行OOK調(diào)制后，發(fā)送至光源驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)所述光發(fā)送器產(chǎn)生光信號(hào)并進(jìn)行發(fā)射；OOK調(diào)制易于實(shí)現(xiàn)、技術(shù)成熟，比較適合于低信噪比和較低速率的場(chǎng)合。低速光通信模式選擇OOK調(diào)制+RS信道編碼方案。系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)10kbps，通信距離達(dá)20-50米。相應(yīng)的，如圖8所示，低速光解調(diào)器包括OOK解調(diào)電路，當(dāng)采用低速光通信編碼調(diào)制模式接收信號(hào)時(shí)，所述光接收器接收低速光信號(hào)后進(jìn)入所述光電檢測(cè)器進(jìn)行光電轉(zhuǎn)換后，生成電信號(hào)進(jìn)入所述OOK解調(diào)電路和解交織電路進(jìn)行OOK解調(diào)和解交織，然后發(fā)送至RS譯碼電路進(jìn)行RS譯碼，譯碼后的信號(hào)發(fā)送至所述核心處理器；如圖9所示，聲發(fā)射處理電路包括TURBO編碼電路、PSK調(diào)制電路，當(dāng)采用聲通信模式發(fā)送信號(hào)時(shí)，核心處理器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)TURBO編碼電路進(jìn)行TURBO編碼后發(fā)送至PSK調(diào)制電路進(jìn)行PSK調(diào)制后，發(fā)送至水聲發(fā)送換能器驅(qū)動(dòng)產(chǎn)生聲信號(hào)并進(jìn)行發(fā)射；如圖10所示，聲接收處理電路包括PSK解調(diào)電路以及TURBO譯碼電路，接收的聲信號(hào)經(jīng)所述水聲接收換能器進(jìn)行轉(zhuǎn)換后，生成電信號(hào)發(fā)送至所述PSK解調(diào)電路進(jìn)行PSK解調(diào)，然后發(fā)送至TURBO譯碼電路進(jìn)行TURBO譯碼，譯碼后的信號(hào)發(fā)送至所述核心處理器。PSK調(diào)制也即相移鍵控調(diào)制，具有能量傳輸效率高、抗干擾能力強(qiáng)等特點(diǎn)，利用PSK調(diào)制可增加通信距離。TURBO碼接近于隨機(jī)碼,有很好的距離特性,因而有較強(qiáng)抗衰減和抗干擾能力。TURBO碼經(jīng)理想交織后在加性高斯白噪聲信道中的性能與未編碼相比有數(shù)分貝的增益,只要接收機(jī)能檢測(cè)到哪些頻點(diǎn)受到干擾,對(duì)信號(hào)進(jìn)行刪除糾錯(cuò)譯碼,則可得到其它碼難以達(dá)到的性能,因而特別適合于惡劣環(huán)境及遠(yuǎn)距離通信。聲通信工作模式選擇PSK調(diào)制+TURBO信道編碼，系統(tǒng)傳輸速率可達(dá)4kbps，通信距離超過(guò)50米。本實(shí)施例的自適應(yīng)光聲切換的水下無(wú)線(xiàn)通信節(jié)點(diǎn)裝置，根據(jù)通信信道狀況及需要傳送的數(shù)據(jù)類(lèi)型和數(shù)據(jù)量自適應(yīng)選擇相應(yīng)的通信電路，因此可以選擇相應(yīng)的通信模式（光通信或聲通信）和編碼調(diào)制策略（不同編碼調(diào)制模式對(duì)應(yīng)不同通信速率），以適應(yīng)不同水下環(huán)境的通信需求，提高水下無(wú)線(xiàn)傳輸?shù)男?。根?jù)水下通信信道狀況，接收信噪比由高至低依次分為4個(gè)等級(jí)，每個(gè)等級(jí)對(duì)應(yīng)一定范圍的信噪比值。當(dāng)接收信噪比為第四等級(jí)（最差信噪比等級(jí)）時(shí)，表明水下信道傳輸距離或信道狀況不足以支持光通信，此時(shí)應(yīng)采用聲通信；當(dāng)接收信噪比為第一二三等級(jí)時(shí)，采用光通信。發(fā)送接收節(jié)點(diǎn)每發(fā)送一幀數(shù)量的數(shù)據(jù)就根據(jù)實(shí)時(shí)接收信噪比等級(jí)自適應(yīng)調(diào)整信道編碼和調(diào)制方式。以上所述僅為本申請(qǐng)的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本申請(qǐng)，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本申請(qǐng)可以有各種更改和變化。凡在本申請(qǐng)的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本申請(qǐng)的保護(hù)范圍之內(nèi)。當(dāng)前第1頁(yè)1 2 3