一种适用于海洋通信系统的信号调制模块及方法

本发明涉及一般的编码、译码或代码转换，具体涉及一种适用于海洋通信系统的信号调制模块及方法。

背景技术：

1、随着现代通信技术的不断发展，数字通信因其抗噪声性能好、误码率较低等优点，成为现在通信技术传输数据方面的主流。很多数字系统就需要数字调制来完善传输部分。常见的数字调制方式有2ask(二进制振幅键控)、2psk(二进制相移键控)、2dpsk(二进制差分相移键控)等，其中2psk和2dpsk两种调制方式的抗噪声能力最强，因而常用于高速、远距离传输的数字通信系统中。在二进制数字调制中，当正弦载波的相位随二进制数字基带信号发生离散变化时，则会产生2psk信号。但是由于2psk调制容易产生反向工作现象，也称为相位模糊或“倒π”现象，这种现象在长距离传输中影响非常大。差分相移键控(differential phase shift keying,dpsk)利用了前后码元之间载波相对相位的变化来传递信息，是常用的数字调制技术。不但克服了二进制绝对相移键控(binary phase shiftkeying,bpsk)的倒相现象，同时还具有良好的误码率性能、频谱利用率高及恒包络等优点。

2、因此，现需要一种基于2dpsk的信号抗干扰能力强、能够实现长距离传输、结构简单的适用于海洋通信系统的信号调制模块及方法。

技术实现思路

1、本发明的主要目的在于提供适用于海洋通信系统的信号调制模块及方法，以解决现有技术中基于2dpsk进行海洋通信的抗干扰能力差、不能实现长距离传输、结构复杂的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了一种适用于海洋通信系统的信号调制模块，包括：依次连接的单片机、数字基带信号生成电路、差分编码电路、选相开关电路、功放模块、变压器电路和两根差分信号输出线，还包括依次相连的正反相电路、三角波发生电路、低通滤波电路和反相运算放大器，单片机还与正反相电路连接，低通滤波电路和反相运算放大器分别连接选相开关电路；单片机用于生成串口信号和pwm信号；数字基带信号生成电路用于接收由单片机产生的串口信号，并生成绝对码信号an；差分编码电路用于接收由数字基带信号生成电路产生的绝对码信号an，并生成相对码信号bn；pwm信号依次经正反相电路、三角波发生电路和低通滤波生成正弦波信号sin；反相运算放大器用于接收由低通滤波电路产生的正弦波信号，并生成相差180°的反相正弦波信号sin+pi；选相开关电路用于接收相对码信号bn、正弦波信号sin和反相正弦波信号sin+pi，并生成2dpsk信号；2dpsk信号经功放模块传输至变压器电路，并生成差分信号，差分信号输出线用于输出差分信号。

3、本发明还提供一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，具体包括如下步骤：

4、s1，利用单片机和数字基带信号生成电路生成绝对码信号an；

5、s2，利用差分编码电路生成相对码信号bn；

6、s3，利用单片机、正反相电路、三角波发生电路和低通滤波电路生成正弦波信号sin，利用反相运算放大器生成反相正弦波信号sin+pi；

7、s4，利用由步骤s3得到的正弦波信号sin和反相正弦波信号sin+pi以及利用由步骤s2得到的相对码信号bn生成2dpsk信号；

8、s5，2dpsk信号经功率放大器和变压器得到差分信号。

9、进一步地，步骤s1具体包括：

10、s1.1，利用单片机发送串口信号。

11、s1.2，利用数字基带信号生成电路中的d触发器、异或门和与非门对串口信号进行处理得到m序列，即得到绝对码信号an。

12、进一步地，步骤s2具体为：绝对码信号an经过差分编码电路中的一个异或门和一个寄存器转换成相对码信号bn。

13、进一步地，步骤s3具体为：单片机生成50％占空的pwm信号，经过正反相电路，送入三角波发生电路，再到低通滤波电路得到正弦波信号sin，再经过反相运算放大器得到反相正弦波信号sin+pi。

14、进一步地，步骤s4具体为：将由步骤s2得到的相对码信号bn分别与由步骤s3得到的正弦波信号sin和反相正弦波信号sin+pi相乘，然后再相加得到2dpsk信号cn，上述过程表示为：

15、bn×sin+bn×(sin+pi)＝cn。

16、本发明具有如下有益效果：

17、1.采用变压器电路可以完全隔离两个系统间的电位差，避免由于接地问题造成的交流声干扰，防止过高的电位差对设备输入级的损害。

18、2.经变压器电路输出的差分信号具有抗干扰能力强、能有效抑制电磁干扰、时序定位准确的优点。

19、3.采用正弦波发生器，实现了节省空间，制作成本低，电路简单，使用方便，频率和幅值可调的功能。

20、4.相对于陆上通信而言，海水是水下通信面临的天然屏障，所以使用功放模块可以将微弱的电信号进行功率放大到足以推动外接负载，这对后续电路能够实现长距离传输起到了关键性作用。

技术特征：

1.一种适用于海洋通信系统的信号调制模块，其特征在于，包括：依次连接的单片机、数字基带信号生成电路、差分编码电路、选相开关电路、功放模块、变压器电路和两根差分信号输出线，还包括依次相连的正反相电路、三角波发生电路、低通滤波电路和反相运算放大器，所述单片机还与所述正反相电路连接，所述低通滤波电路和所述反相运算放大器分别连接选相开关电路；

2.一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，利用权利要求1所述的模块，其特征在于，具体包括如下步骤：

3.根据权利要求2所述的一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，其特征在于，步骤s1具体包括：

4.根据权利要求2所述的一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，其特征在于，步骤s2具体为：绝对码信号an经过差分编码电路中的一个异或门和一个寄存器转换成相对码信号bn。

5.根据权利要求2所述的一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，其特征在于，步骤s3具体为：单片机生成50％占空的pwm信号，经过正反相电路，送入三角波发生电路，再到低通滤波电路得到正弦波信号sin，再经过反相运算放大器得到反相正弦波信号sin+pi。

6.根据权利要求2所述的一种适用于海洋通信系统的信号调制方法，其特征在于，步骤s4具体为：将由步骤s2得到的相对码信号bn分别与由步骤s3得到的正弦波信号sin和反相正弦波信号sin+pi相乘，然后再相加得到2dpsk信号cn，上述过程表示为：

技术总结
本发明提供了一种适用于海洋通信系统的信号调制模块及方法，涉及一般的编码、译码或代码转换技术领域，用于海洋通信系统，模块包括：依次连接的单片机、数字基带信号生成电路、差分编码电路、选相开关电路、功放模块、变压器电路，以及依次相连的正反相电路、三角波发生电路、低通滤波电路和反相运算放大器，单片机还与正反相电路连接，低通滤波电路和反相运算放大器分别连接选相开关电路。本发明的技术方案克服现有技术中基于2DPSK进行海洋通信的信号抗干扰能力差、不能实现长距离传输、结构复杂的问题。

技术研发人员：杜立彬,孔玲,贺海靖,吕文洁,刘少真,柳佳浩,王子奕,黄鸿志
受保护的技术使用者：山东科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15