水声通信方法及装置与流程

本发明涉及水声通信领域，特别涉及一种水声通信编码方法及装置。

背景技术：

海洋环境监测、海底污染物的实时监测、国防海洋防卫侦测、海底巡检、海底大型目标入侵实时报警等应用都需要利用海底水声通信技术，进行实时数据传输，目前在水下常使用水声作为数据通信介质。但由于水声信道的特性,水声通信的有效带宽低，传输时延长，信号起伏衰落严重，误码率高，损耗大，使得水声通信抗多途、抗衰落的难度很大，导致通信效率低，链路中断频繁，建立可靠的水声数据通信十分困难。

由于水声通信的复杂性，目前水声通信的编码技术过于复杂，大多致力于提高数据传输速度和带宽，编码复杂出错率高，实用性可靠性差。在实际水声通信应用中，许多场景并不需要传输大数据流，比如海洋监测等应用，各类传感器产生的数据量并不大，不以传播语音，图像和复杂字符为目的，也较少复杂字符，但要求传输简单可靠，纠错能力强。

由于水声传输的时延效应，为建立可靠稳定的链路连接，如果要求频繁的握手和反馈ack信号，则会导致通信效率的严重下降。由于水声链路的不稳定性，接收端检验出错后将会要求发射端重复重发，增加了系统开销。

相比于空气中已经十分成熟标准化的各种电磁波通信，例如gsm，cdma，3g，lte，wifi，zigbee等，目前全球范围内并没有形成一套统一的产品和行业通信标准，成熟的水声通信产品也寥寥无几。尤其是对于10khz以下工作频段的水声通信产品，由于其传播距离长，可用于军事目的等原因，因此开发出可靠稳定的水声通信方法并研究出高性能的水声通信编码技术，将对于我国海洋环境监测、资源勘查、科学实验、防灾救援，近岸防卫侦测，水下目标入侵报警，海下暗礁指示，船只循迹报告，海底立体位置导航等领域具有广阔的应用前景。

如何提供一种稳定可靠的水声通信装置是当前亟待解决的一个问题。

技术实现要素：

针对现有技术中的缺陷，本发明提出了一种水声通信的方法及装置，在水声通信中利用bch(31,16)前向纠错编码技术，使用bch(31,16)前向纠错编码技术，不需要接收端频繁反馈ack信号，利用接收到的码内冗余校验位纠错，具有很强的纠错能力，可以主动纠错不超过3个的任意误码。

具体地，本发明提供了一种水声通信方法，该方法包括：

发送端按照bch(31,16)编码将原始数据增加用于实现纠错检错的冗余监督码元以构成编码数据；

通过水声信道传输所述编码数据；

接收端接收所述编码数据，并按照bch(31,16)解码以得到解码数据；

监测所述解码数据是否正确；

当所述解码数据发生的错误数不大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，所述接收端通过自动纠错加以纠正；当所述解码数据发生的错误数大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，所述接收端发送接收失败的消息给所述发送端，所述发送端收到所述消息后重新发送所述编码数据。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)编码与所述bch(31,16)解码均通过fpga电路实现。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)的前置码为101010交替码。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)的第一个码字为sc同步码，所述sc同步码的字长为32bit。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)的地址码字后面跟随多个信息码字；所述地址码字的字长为32bit；所述信息码字的字长为32bit；地址码字的第一位为0，信息码字的第一位为1，若没有地址码字或信息码字，则用空闲码字填充。

作为上述技术方案的进一步改进，所述地址码字的第17到31位是bch校验位，用于对所述地址码字的前16位进行纠错编码；所述地址码字的第32位为偶校位，用于控制使所述地址码字中所有1的个数为偶数。

作为上述技术方案的进一步改进，所述信息码字的第17到31位是bch校验位，用于对所述信息码字的前16位进行纠错编码；所述信息码字的第32位为偶校位，用于控制使所述信息码字中所有1的个数为偶数。

具体地，本发明还提供了一种水声通信装置，该装置包括：

编码模块，用于按照bch(31,16)编码将原始数据增加用于实现纠错检错的冗余监督码元以构成编码数据；

传输模块，用于通过水声信道传输所述编码数据；

解码模块，用于接收所述编码数据，并按照bch(31,16)解码以得到解码数据；

监测模块，用于监测所述解码数据是否正确；

纠错模块，用于当所述解码数据发生的错误数不大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，通过自动纠错加以纠正；

重传模块，用于当所述解码数据发生的错误数大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，发送接收失败的消息给发送端，所述发送端收到所述消息后重新发送所述编码数据。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)编码与所述bch(31,16)解码均通过fpga电路实现。

作为上述技术方案的进一步改进，所述bch(31,16)的前置码为101010交替码。

本发明提供的技术方案，与已有的公知技术相比，至少具有如下有益效果：

(1)编码具有很强的前向纠错能力。

(2)编码简单可靠，尤其适用于时延较长的水声通信领域。

(3)减少了数据重发的数量，提高了水声网络的通信效率，提高了可靠性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一实施例提出的一种水声通信方法流程示意图；

图2为本发明提出的bch(31,16)编码数据流格式图；

图3为本发明一实施例提出的一种水声通信装置的结构示意图。

主要元件符号说明：

101-编码模块；102-传输模块；103-解码模块；104-监测模块；105-纠错模块；106-重传模块。

具体实施方式

在下文中，将更全面地描述本公开的各种实施例。本公开可具有各种实施例，并且可在其中做出调整和改变。然而，应理解：不存在将本公开的各种实施例限于在此公开的特定实施例的意图，而是应将本公开理解为涵盖落入本公开的各种实施例的精神和范围内的所有调整、等同物和/或可选方案。

在下文中，可在本公开的各种实施例中使用的术语“包括”或“可包括”指示所公开的功能、操作或元件的存在，并且不限制一个或更多个功能、操作或元件的增加。此外，如在本公开的各种实施例中所使用，术语“包括”、“具有”及其同源词仅意在表示特定特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合，并且不应被理解为首先排除一个或更多个其它特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的存在或增加一个或更多个特征、数字、步骤、操作、元件、组件或前述项的组合的可能性。

在本公开的各种实施例中，表述“a或/和b中的至少一个”包括同时列出的文字的任何组合或所有组合。例如，表述“a或b”或“a或/和b中的至少一个”可包括a、可包括b或可包括a和b二者。

在本公开的各种实施例中使用的表述(诸如“第一”、“第二”等)可修饰在各种实施例中的各种组成元件，不过可不限制相应组成元件。例如，以上表述并不限制所述元件的顺序和/或重要性。以上表述仅用于将一个元件与其它元件区别开的目的。例如，第一用户装置和第二用户装置指示不同用户装置，尽管二者都是用户装置。例如，在不脱离本公开的各种实施例的范围的情况下，第一元件可被称为第二元件，同样地，第二元件也可被称为第一元件。

应注意到：如果描述将一个组成元件“连接”到另一组成元件，则可将第一组成元件直接连接到第二组成元件，并且可在第一组成元件和第二组成元件之间“连接”第三组成元件。相反地，当将一个组成元件“直接连接”到另一组成元件时，可理解为在第一组成元件和第二组成元件之间不存在第三组成元件。

在本公开的各种实施例中使用的术语“用户”可指示使用电子装置的人或使用电子装置的装置(例如，人工智能电子装置)。

在本公开的各种实施例中使用的术语仅用于描述特定实施例的目的并且并非意在限制本公开的各种实施例。如在此所使用，单数形式意在也包括复数形式，除非上下文清楚地另有指示。除非另有限定，否则在这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本公开的各种实施例所属领域普通技术人员通常理解的含义相同的含义。所述术语(诸如在一般使用的词典中限定的术语)将被解释为具有与在相关技术领域中的语境含义相同的含义并且将不被解释为具有理想化的含义或过于正式的含义，除非在本公开的各种实施例中被清楚地限定。

实施例1

本发明实施例1提出的一种水声通信方法，如图1所示，包括以下步骤：

s11、发送端按照bch(31,16)编码将原始数据增加用于实现纠错检错的冗余监督码元以构成编码数据；

bch码取自bose、ray-chaudhuri与hocquenghem的缩写，是编码理论尤其是纠错码中使用得比较多的一种编码方法。

bch码是一类重要的纠错码，它把信源待发的信息序列按固定的k位一组划分成消息组，再将每一消息组独立变换成长为n(n>k)的二进制数字组，称为码字。如果消息组的数目为m,由此所获得的m个码字的全体便称为码长为n、信息数目为m的分组码，记为n，m。把消息组变换成码字的过程称为编码，其逆过程称为译码。bch(31,16)就是信息数目为16位的分组码。

bch(31,16)编码通过fpga电路实现。例如：可以通过xilink低功耗fpga芯片组成的数字逻辑电路实现相关的算法。

fpga电路主要包括：低功耗fpga、信号整合电路、数据加密解密单元、内存、时钟单元、电源管理单元。

如图2所示，为bch(31,16)编码数据流格式图，bch(31,16)的前置码利用位同步进行同步，用于通知接收端做好接收准备。前置码优选101010交替码。

bch(31,16)的第一个码字是sc同步码，用于标识一批码组序列的开始，sc同步码的字长32bit。

bch(31,16)的地址码字后面跟随多个信息码字；所述地址码字的字长为32bit；所述信息码字的字长为32bit；地址码字的第一位为0，信息码字的第一位为1，若没有地址码字或信息码字，则用空闲码字填充。

所述地址码字的第17到31位是bch校验位，用于对所述地址码字的前16位进行纠错编码；所述地址码字的第32位为偶校位，用于控制使所述地址码字中所有1的个数为偶数。

所述信息码字的第17到31位是bch校验位，用于对所述信息码字的前16位进行纠错编码；所述信息码字的第32位为偶校位，用于控制使所述信息码字中所有1的个数为偶数。

s12、通过水声信道传输所述编码数据。

s13、接收端接收所述编码数据，并按照bch(31,16)解码以得到解码数据。

s14、监测所述解码数据是否正确。

s15、当所述解码数据发生的错误数不大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，所述接收端通过自动纠错加以纠正；当所述解码数据发生的错误数大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，所述接收端发送接收失败的消息给所述发送端，所述发送端收到所述消息后重新发送所述编码数据。

对于bch(31,16)的最大纠错检错个数为3。

实施例2

本发明实施例2提出的一种水声通信的装置，如图3所示，包括：

编码模块101，用于按照bch(31,16)编码将原始数据增加用于实现纠错检错的冗余监督码元以构成编码数据。

bch(31,16)编码通过fpga电路实现。例如：可以通过xilink低功耗fpga芯片组成的数字逻辑电路实现相关的算法。

fpga电路主要包括：低功耗fpga、信号整合电路、数据加密解密单元、内存、时钟单元、电源管理单元。

所述信息码字的第17到31位是bch校验位，用于对所述信息码字的前16位进行纠错编码；所述信息码字的第32位为偶校位，用于控制使所述信息码字中所有1的个数为偶数。

传输模块102，用于通过水声信道传输所述编码数据。

解码模块103，用于接收所述编码数据，并按照bch(31,16)解码以得到解码数据。

监测模块104，用于监测所述解码数据是否正确。

纠错模块105，用于当所述解码数据发生的错误数不大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，通过自动纠错加以纠正。

重传模块106，用于当所述解码数据发生的错误数大于bch(31,16)的最大纠错检错个数时，发送接收失败的消息给发送端，所述发送端收到所述消息后重新发送所述编码数据。

本领域技术人员可以理解附图只是一个优选实施场景的示意图，附图中的模块或流程并不一定是实施本发明所必须的。

本领域技术人员可以理解实施场景中的装置中的模块可以按照实施场景描述进行分布于实施场景的装置中，也可以进行相应变化位于不同于本实施场景的一个或多个装置中。上述实施场景的模块可以合并为一个模块，也可以进一步拆分成多个子模块。

上述本发明序号仅仅为了描述，不代表实施场景的优劣。以上公开的仅为本发明的几个具体实施场景，但是，本发明并非局限于此，任何本领域的技术人员能思之的变化都应落入本发明的保护范围。