一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统及方法

技术特征：
1.一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，包括：水下通信节点，部署在水下，用于发送水声通信调制信号；物理层融合浮标，部署在水面，且部分浸没在水下，负责连通水下水声网络和水上无线电网络；所述物理层融合浮标用于接收所述水声通信调制信号，对接收的所述水声通信调制信号进行采样，获得水声信号采样数据；对所述水声信号采样数据进行编码、调制后由无线电射频发射机发出，完成水下传感数据的跨水-气界面/介质传输；云接收机，用于对接收到的数据进行解调，获得水声信号采样数据；对所述水声信号采样数据进行信号预处理，以识别水声信号采样数据的调制方式；根据所识别的调制格式解调所述水声信号采样数据，获得水声基带信号；获得所述水声基带信号后，向所述物理层融合浮标发送反馈信息。2.根据权利要求1所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，所述反馈信息包括对物理层融合浮标的采样率调控指令，以及对水下通信节点的控制指令或数据包接收确认信号；所述物理层融合浮标接收到所述反馈信息后，根据采样率调控指令调整采样率，以及向水下通信节点转发控制指令或者数据包接收确认信号；其中，所述采样率调控指令根据无线电带宽和云端接收效果确定，所述对水下通信节点的控制指令包括对水下通信节点发射功率控制指令、auv节点行动控制指令。3.根据权利要求1所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，所述跨水气界面/介质通信系统还包括中继节点，所述中继节点用于连接所述物理层融合浮标和云接收机之间的通信；所述中继节点在接收到物理层融合浮标上传的数据包后，向物理层融合浮标发送接收确认信号；物理层融合浮标在确定接收到接收确认信号后，释放存储；若物理层融合浮标检测到没有接收到接收确认信号，重新向中继节点转发数据包。4.根据权利要求1所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，所述物理层融合浮标的上行链路协议栈为单栈结构；所述物理层融合浮标的下行链路协议栈为完整的双栈结构；上行链路指从水下通信节点到云接收机方向的链路，下行链路指从云接收机到水下通信节点方向的链路。5.根据权利要求4所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，所述上行链路协议栈由声电融合物理层、数据链路层、网络层构成；所述声电融合物理层，以自适应调节的采样速率将接收到的水声模拟信号数字化，并以预设的方式对水声信号采样数据进行编码和调制，然后进行频谱搬移至射频，由无线电射频发射机发出；所述数据链路层，负责将水声信号采样数据组装成帧，并加入控制信息，形成数据包，所述控制信息包括同步信息、地址信息、差错控制中至少一种；网络层，负责选择路由，使数据包通过多跳网络到达云接收机。6.根据权利要求1所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统，其特征在于，所述跨水气界面/介质通信系统还包括中继节点；在一帧信号完整的通信过程中，所述物理层融合浮标将收到两次反馈信号，第一次反
馈信号由中继节点发出，为链路级反馈；第二次反馈信号由云接收机发出，为端到端的反馈；两次反馈信号的区别及物理层融合浮标处理方式如下：1)当物理层融合浮标发送的射频信号被中继节点成功接收后，将收到中继节点发送的第一次反馈信号；所述第一次反馈信号为下一跳成功接收的确认消息ack，目的是提示物理层融合浮标释放上一帧缓存，并接收新一帧水声信号；2)当水声信号采样数据被云接收机成功解调解码后，云接收机发送反馈信息至物理层融合浮标，即物理层融合浮标收到第二次反馈信号。7.一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信方法，其特征在于，包括以下步骤：水下通信节点将获取的水下传感数据进行调制，并向物理层融合浮标发送水声通信调制信号；通过物理层融合浮标对接收的所述水声通信调制信号进行采样，并发送至云接收机；云接收机对接收到的信号进行解调，获得水声信号采样数据；对所述水声信号采样数据进行信号预处理，以识别水声信号采样数据的调制方式；根据所识别的调制格式解调所述水声信号采样数据，获得水声基带信号；获得所述水声基带信号后，向所述物理层融合浮标发送反馈信息。8.根据权利要求7所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信方法，其特征在于，所述反馈信息包括对物理层融合浮标的采样率调控指令，以及对下通信节点的控制指令或数据包接收确认信号；物理层融合浮标接收到所述反馈信息后，根据采样率调控指令调整采样率，以及向水下通信节点转发控制指令或者数据包接收确认信号；其中，所述采样率调控指令根据无线电带宽和云端接收效果确定，所述对水下通信节点的控制指令包括对水下通信节点发射功率控制指令、auv节点行动控制指令。9.根据权利要求7所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信方法，其特征在于，还包括：中继节点在接收到物理层融合浮标上传的数据包后，向物理层融合浮标发送接收确认信号；物理层融合浮标在确定接收到接收确认信号后，释放存储；若物理层融合浮标检测到没有接收到接收确认信号，重新向中继节点转发数据包。10.根据权利要求7所述的一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信方法，其特征在于，在一帧信号完整的通信过程中，所述物理层融合浮标将收到两次反馈信号，第一次反馈信号由中继节点发出，为链路级反馈；第二次反馈信号由云接收机发出，为端到端的反馈；两次反馈信号的区别及物理层融合浮标处理方式如下：1)当物理层融合浮标发送的射频信号被中继节点成功接收后，将收到中继节点发送的第一次反馈信号；所述第一次反馈信号为下一跳成功接收的确认消息ack，目的是提示物理层融合浮标释放上一帧缓存，并接收新一帧水声信号；2)当水声信号采样数据被云接收机成功解调解码后，云接收机发送反馈信息至物理层融合浮标，即物理层融合浮标收到第二次反馈信号。

技术总结
本发明公开了一种物理层声电融合的跨水气界面/介质通信系统及方法，其中系统包括：水下通信节点，用于发送水声通信调制信号；物理层融合浮标，用于接收水声通信调制信号，对接收的水声通信调制信号进行采样，并发送至云接收机；云接收机，用于对接收到的数据进行解调，获得水声信号采样数据；对水声信号采样数据进行信号预处理，以识别水声信号采样数据的调制方式；根据所识别的调制格式解调水声信号采样数据，获得水声基带信号。本发明通过云接收机对水声信号采样数据进行解调和处理，能够快速灵活地转换软件功能来应对不同的调制方式和变化的水声信道，实现成本更低。本发明可广泛应用于水声通信技术领域。应用于水声通信技术领域。应用于水声通信技术领域。


技术研发人员：官权升 姚可星 季飞 陈芳炯 余华
受保护的技术使用者：华南理工大学
技术研发日：2022.06.23
技术公布日：2022/9/13