幅度/频率/时间编码和短时傅里叶变换解码方法和装置与流程

本发明属于通信领域，特别是一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信方法和装置。

背景技术：

水下通信体制中，常用的调制方式有幅度调制、频率调制、相位调制等；一般情况下，这些调制方式单独使用，通信速率较低。

技术实现要素：

为克服现有技术的不足，本发明旨在提供一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信方法和装置，以提高通信速率和抗干扰能力。本发明采用的技术方案是，幅度/频率/时间编码和短时傅里叶变换解码装置，包括编码部分、解码部分；

编码部分包括：

幅度编码器，用于通过对通信信号脉冲的幅度值进行设定，从而实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大幅度值为A，最小幅度值为a，幅度编码所代表的通信信息量为n1位的二进制码，则幅度编码间隔为(A-a)/2ⁿ¹；

频率编码器，用于通过使用不同频率的正弦信号脉冲，实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最高频率为f_max，最低频率为f_min，频率编码所代表的通信信息量为n2位的二进制码，则频率编码间隔为(f_max-f_min)/2ⁿ²；

时间编码器，用于通过使用设定每个通信脉冲的时间宽度，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大宽度为T_max，最小宽度为T_min，时间编码所代表的通信信息量为n3位的二进制码，则时间编码间隔为(T_max-T_min)/2ⁿ³；

时间间隔编码器，用于通过使用设定相邻脉冲之间的时间间隔，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号相邻脉冲之间的最大值为t_max，最大值为t_min，时间间隔编码所代表的通信信息量为n4位的二进制码，则时间间隔编码间隔为(t_max-t_min)/2ⁿ⁴；

发送器，用于按上述编码结果，生成发射信号脉冲，并在发射信号脉冲的首尾加上帧头和帧尾脉冲，形成一个完整的通信脉冲帧发送出去；

解码部分包括：

接收器将接收到的脉冲信号转换成数据，然后输出至短时傅里叶变换器，短时傅里叶变换器对接收到的数据进行傅里叶变换后，输出时频图，根据时频图中的帧头和帧尾的特点，确定一帧数据的开始与结尾，所述特点指脉冲幅度、宽度和频率；进一步地，时频图中时频分布结果分别与相对应的脉冲信号相对应，时频分布结果能给出每个脉冲所对应的幅度、宽度、频率以及脉冲之间的时间时隔；由时频图，分别在时间间隔解码器中完成相邻脉冲间的时间间隔解码、在时间解码器中完成脉冲宽度的解码、在频率解码器中完成脉冲频率的解码、 在幅度解码器中完成脉冲幅度的解码，最后，将解码输出结果传送至数据接收器中。

帧头脉冲与帧尾脉冲的幅度值均为A，且帧头与帧尾脉冲的频率不同。

幅度/频率/时间编码和短时傅里叶变换解码方法，包括编码步骤、解码步骤；

编码步骤包括：

幅度编码，通过对通信信号脉冲的幅度值进行设定，从而实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大幅度值为A，最小幅度值为a，幅度编码所代表的通信信息量为n1位的二进制码，则幅度编码间隔为(A-a)/2ⁿ¹；

频率编码，通过使用不同频率的正弦信号脉冲，实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最高频率为f_max，最低频率为f_min，频率编码所代表的通信信息量为n2位的二进制码，则频率编码间隔为(f_max-f_min)/2ⁿ²；

时间编码，通过使用设定每个通信脉冲的时间宽度，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大宽度为T_max，最小宽度为T_min，时间编码所代表的通信信息量为n3位的二进制码，则时间编码间隔为(T_max-T_min)/2ⁿ³；

时间间隔编码，通过使用设定相邻脉冲之间的时间间隔，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号相邻脉冲之间的最大值为t_max，最大值为t_min，时间间隔编码所代表的通信信息量为n4位的二进制码，则时间间隔编码间隔为(t_max-t_min)/2ⁿ⁴；

发送步骤，按上述编码结果，生成发射信号脉冲，并在发射信号脉冲的首尾加上帧头和帧尾脉冲，形成一个完整的通信脉冲帧发送出去；

解码步骤包括：

将接收到的脉冲信号转换成数据，然后输出至短时傅里叶变换器，短时傅里叶变换器对接收到的数据进行傅里叶变换后，输出时频图，根据时频图中的帧头和帧尾的特点，确定一帧数据的开始与结尾，所述特点指脉冲幅度、宽度和频率；进一步地，时频图中时频分布结果分别与相对应的脉冲信号相对应，时频分布结果能给出每个脉冲所对应的幅度、宽度、频率以及脉冲之间的时间时隔；由时频图，分别在时间间隔解码器中完成相邻脉冲间的时间间隔解码、在时间解码器中完成脉冲宽度的解码、在频率解码器中完成脉冲频率的解码、在幅度解码器中完成脉冲幅度的解码，最后，将解码输出结果传送至数据接收器中。

帧头脉冲与帧尾脉冲的幅度值均为A，且帧头与帧尾脉冲的频率不同。

根据实际应用需要进行选用幅度编码、频率编码、时间编码和时间间隔编码四解编码方式中的一种或多种同时使用。

本发明的特点及有益效果是：

(1)幅度/频率/时间/时间间隔都被使用来调制信息，所以通信速率高；

(2)通信脉冲之间设有一定的间隔时间，所以具有较强的抗多途干扰能力。

附图说明：

图1示出本发明中所述方法的编码过程。

图1中：1为待通信数据；2为幅度编码器；3为频率编码器；4为时间编码器；5为时间间隔编码器；6为发送器；

图2帧内脉冲示意图，图中：7为帧头脉冲；8-14为携带信息的脉冲；15为帧尾脉冲；

图3示出本发明中所述方法的编解过程，图中：16为接收器；17为短时傅里叶变换器；18为时频图；19为时间间隔解码器；20为时间解码器；21为频率解码器；22为幅度解码器；23为数据接收器；

图4输出时频图，图中：24为帧头脉冲的短时傅里叶变换结果；25-28为携带信息的各个脉冲的短时傅里叶变换结果；29为帧尾的短时傅里叶变换结果。

具体实施方式

本发明中，提出了一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信装置，所述通信新体制具有良好的抗多途干扰的能力，通信速率高等特点。

本发明具有如下优点：(1)幅度/频率/时间/时间间隔都被使用来调制信息，所以通信速率高；(2)通信脉冲之间设有一定的间隔时间，所以具有较强的抗多途干扰能力。

本发明采取的技术方案是，一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信装置，其实现过程包括以下几部分，

第一部分：通信信号编码如图1所示，

待通信数据1为将要被发送出去的数据；

进一步地，幅度编码器2通过对通信信号脉冲的幅度值进行设定，从而实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大幅度值为A(如图2所示)，最小幅度值为a，幅度编码所代表的通信信息量为n1位的二进制码，则幅度编码间隔为(A-a)/2ⁿ¹；

进一步地，频率编码器3通过使用不同频率的正弦信号脉冲，实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最高频率为f_max，最低频率为f_min，频率编码所代表的通信信息量为n2位的二进制码，则频率编码间隔为(f_max-f_min)/2ⁿ²；

进一步地，时间编码器4通过使用设定每个通信脉冲的时间宽度，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大宽度为T_max，最小宽度为T_min，时间编码所代表的通信信息量为n3位的二进制码，则时间编码间隔为(T_max-T_min)/2ⁿ³；

进一步地，时间间隔编码器5通过使用设定相邻脉冲之间的时间间隔，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号相邻脉冲之间的最大值为t_max，最大值为t_min，时间间隔编码所代表的通信信息量为n4位的二进制码，则时间间隔编码间隔为(t_max-t_min)/2ⁿ⁴；

进一步地，发送器6按上述编码结果，生成发射信号脉冲，并在发射信号脉冲的首尾加上帧头和帧尾脉冲，形成一个完整的通信脉冲帧；

进一步地，帧头脉冲与帧尾脉冲的幅度值均为A，且帧头与帧尾脉冲的频率不同；

第二部分：通信信号编码后的帧格式如图2所示，

进一步地，每一个帧由帧头7、帧尾15和携带信息的脉冲8-14组成；

进一步地，帧头、帧尾和携带信息的脉冲均为单频正弦波脉冲；

第三部分：通信信号的解码如图3所示，

进一步地，接收器16将接收到的脉冲信号转换成数据，然后输出至短时傅里叶变换器17，短时傅里叶变换器对接收到的数据进行傅里叶变换后，输出时频图18(如图4所示)；进一步地，对时频图18(图4所示)进行分析；首先，根据帧头和帧尾的特点(特点指脉冲幅度、宽度和频率)，确定一帧数据的开始与结尾；进一步地，在图4中，时频分布结果24-29分别与相对应的脉冲信号相对应，时频分布结果能给出每个脉冲所对应的幅度、宽度、频率以及脉冲之间的时间时隔；根据这些结果，就能分别在时间间隔解码器19中完成相邻脉冲间的时间间隔解码、在时间解码器20中完成脉冲宽度的解码、在频率解码器21中完成脉冲频率的解码、在幅度解码器22中完成脉冲幅度的解码，最后，将解码输出结果传送至数据接收器23中。

进一步地，本发明中的幅度/频率/时间/时间间隔编码方式可根据实际应用需要进行选用，而并非要求四解编码方式同时使用；

进一步地，本发明中的编码信号脉冲间具有一定的间隔保护时间，所以具有较强的抗多途干扰能力；

本发明所述一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信装置的优点是：(1)幅度/频率/时间/时间间隔都被使用来调制信息，所以通信速率高；(2)通信脉冲之间设有一定的间隔时间，所以具有较强的抗多途干扰能力。

为克服现有技术的不足，本发明提供一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信装置。

本发明具有如下优点：(1)幅度/频率/时间/时间间隔都被使用来调制信息，所以通信速率高；(2)通信脉冲之间设有一定的间隔时间，所以具有较强的抗多途干扰能力。

本发明采取的技术方案是，一种基于幅度/频率/时间/时间间编码和短时傅里叶变换解码的通信装置，其实现过程包括以下几部分，

第一部分：通信信号编码如图1所示，

待通信数据1为将要被发送出去的数据；

进一步地，幅度编码器2通过对通信信号脉冲的幅度值进行设定，从而实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大幅度值为A(如图2所示)，最小幅度值为a，幅度编码所代表的通信信息量为n1位的二进制码，则幅度编码间隔为(A-a)/2ⁿ¹；

进一步地，频率编码器3通过使用不同频率的正弦信号脉冲，实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最高频率为f_max，最低频率为f_min，频率编码所代表的通信信息量为n2位的二进制码，则频率编码间隔为(f_max-f_min)/2ⁿ²；

进一步地，时间编码器4通过使用设定每个通信脉冲的时间宽度，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号脉冲的最大宽度为T_max，最小宽度为T_min，时间编码所代表的通信信息量为n3位的二进制码，则时间编码间隔为(T_max-T_min)/2ⁿ³；

进一步地，时间间隔编码器5通过使用设定相邻脉冲之间的时间间隔，来实现对待通信的信息进行编码；假设通信信号相邻脉冲之间的最大值为t_max，最大值为t_min，时间间隔编码 所代表的通信信息量为n4位的二进制码，则时间间隔编码间隔为(t_max-t_min)/2ⁿ⁴；

进一步地，发送器6按上述编码结果，生成发射信号脉冲，并在发射信号脉冲的首尾加上帧头和帧尾脉冲，形成一个完整的通信脉冲帧；

进一步地，帧头脉冲与帧尾脉冲的幅度值均为A，且帧头与帧尾脉冲的频率不同；

第二部分：通信信号编码后的帧格式如图2所示，

进一步地，每一个帧由帧头7、帧尾15和携带信息的脉冲8-14组成；

进一步地，帧头、帧尾和携带信息的脉冲均为单频正弦波脉冲；

第三部分：通信信号的解码如图3所示，

进一步地，接收器16将接收到的脉冲信号转换成数据，然后输出至短时傅里叶变换器17，短时傅里叶变换器对接收到的数据进行傅里叶变换后，输出时频图18(如图4所示)；进一步地，对时频图18(图4所示)进行分析；首先，根据帧头和帧尾的特点(特点指脉冲幅度、宽度和频率)，确定一帧数据的开始与结尾；进一步地，在图4中，时频分布结果24-29分别与相对应的脉冲信号相对应，时频分布结果能给出每个脉冲所对应的幅度、宽度、频率以及脉冲之间的时间时隔；根据这些结果，就能分别在时间间隔解码器19中完成相邻脉冲间的时间间隔解码、在时间解码器20中完成脉冲宽度的解码、在频率解码器21中完成脉冲频率的解码、在幅度解码器22中完成脉冲幅度的解码，最后，将解码输出结果传送至数据接收器23中。

进一步地，本发明中的幅度/频率/时间/时间间隔编码方式可根据实际应用需要进行选用，而并非要求四解编码方式同时使用；

进一步地，本发明中的编码信号脉冲间具有一定的间隔保护时间，所以具有较强的抗多途干扰能力。