一种水下通信系统的制作方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及水下通信领域，特别设及一种水下通信系统。
【背景技术】
[0002] 目前，随着通信、勘探、监测等水下应用的不断发展，W视频、声纳等传感器为代表 的大数据量感知设备的使用日益频繁，对于高速、大带宽、大数据量实时在线网络传输系统 的需求也日益迫切。但是，由于水下环境的复杂性，不同水域、不同水深、不同传输距离、水 平及垂直方向等水下无线通信（声、光）信道各不相同，并且声、光等传输介质在水下的速 率、可用频率、传输距离等区别也非常大，因此，目前水下无线通信仍然W单一介质的通信 方式为主，或者为水声通信，或者为无线光通信，或者为其他方式。水声通信和无线光通信 是目前水下通信主要采用的通信方式，其中尤W水声通信为主。
[0003] 凭借传输距离远、性能可靠等优点，水声通信技术仍然牢牢占据着水下无线通信 技术的主导地位。但是，声波作为水下重要的通信媒介，其水下传播速率比电磁波的速率低 5个数量级，对系统的通信协议产生较大影响，从而大大降低通信网的吞吐量;同时，由于海 洋跃层和海洋表面、海底的反射，W及海水声速在深度方向近似地按水平分层变化，水下多 径复杂，运些都降低传输速率和提高误码率;再有，海洋中噪声源具有很大的随机性，严重 限制了可靠通信的带宽和范围。运些现象均导致了水声通信技术存在着难W克服的传输速 率低、延时较长、功耗大等缺陷。
[0004] 与水声通信方式相比，光波频率更高，其承载信息的能力也更强，更易于实现水下 大容量的数据传输;而且，光波相较于声波而言，具有更好的方向性，用户可W及时发现通 信链路被拦截，因此安全保密性更高。然而，光束在海水中的传输远比在大气中所受影响复 杂得多，其主要受海水中所含水介质，溶解物质和悬浮物等物质成分的影响。同一水域不同 时间、不同深度，W及不同水域海水的吸收特性都随空间和时间的不同而变化。并且，在浅 海区和深海区，海水的浑浊度不同，对光束的吸收衰减作用也不同，大洋海水最小衰减系数 波段是480-500nm，近岸海水最小衰减系数波段是530-580nm，由此可见，光束在海水中的最 佳窗口仅存在于480-580nm波段，而且传输距离较声波而言要短得多。
[0005] 显然，目前针对单一传输介质的水下通信系统已无法满足当前人们对水下快速通 信的需求，另外，现有技术中仅仅是针对一种通信方法采用一种调制解调方式，因此无法根 据水下条件来充分发挥水声通信和无线光通信各自的优势。
【发明内容】
[0006] 本发明所要解决的技术问题是提供一种自适应的水下通信系统，至少部分的解决 现有技术中水下通信所存在的问题。
[0007] 根据本发明的一个方面，提供一种水下通信系统，其特征在于:所述系统包括传感 器、发射子系统和接收子系统，其中：
[000引所述传感器用于感知外界环境，帮助水下无线通信节点自动选择合适的通信模式 W及对应的调制解调制式；
[0009] 所述发射子系统由编码单元、自适应调制单元和发射单元组成，所述发射子系统 将待传送信号经过所述编码单元的编码和所述自适应调制单元的调制后，送入所述发射单 元的相应信道，将电信号转换为声信号或光信号进行发送；
[0010] 所述接收子系统由接收单元、自适应解调单元和解码单元组成，所述接收单元的 相应信道收到声信号或光信号并将其转变成电信号后，经过所述自适应解调单元的解调， 最后由所述解码单元的解码器解调出原来的信号，实现在通信网络范围内数据或指令的可 靠传输。
[0011] 进一步的，所述感知外界环境，包括但不限于感知水的深度、环境的复杂性、信道 情况、数据量传输的大小、W及可靠通信的距离。
[0012] 进一步的，所述水下无线通信节点自动选择合适的通信模式是指：当所述水下无 线通信节点之间距离比较近，而且有大量数据需要单向传输时，所述水下无线通信节点利 用水声通信装置实现定位，然后自动选择光通信方式进行大量数据的传送;而在命令传送、 网络初始化、建立路由、长距离或小量数据传输时，所述水下无线通信节点自动选择水声通 信方式进行通信。
[0013] 进一步的，所述系统包括发射端、自适应调制解调机制和接收端，所述发射端用于 发射信号;所述自适应调制解调机制通过来自所述接收端的反馈实现不同调制解调模式的 切换;所述接收端用于接收信号;所述发射端与所述接收端根据约定，将信道信噪比分为不 同等级，每个等级对应一定范围的信噪比值。
[0014] 进一步的，所述自适应调制解调机制的调制解调过程包括：
[0015] 步骤S110,发送端在请求链路链接时首先WMFSK调制方式发送握手信号RTS，接收 端在设定好的阔值之后第一次收到来自该源节点的数据包，则认为是握手信号RTS，使用 MFSK制式解调，如解调正确，则WMFSK制式向发送端发出回复握手信号CTS，回复握手信号 CTS中包含有训练字所测试信道状态的信噪比等级和误码率，如解调错误或者不是握手信 号RTS，则丢弃不理。接收端收到回复握手信号CTS后，根据信噪比等级设定调制制式；
[0016] 步骤S120,发送端仍W原调制制式发送调试方式定义信号M-RTS信号，指明调制类 型，接收端接收调试方式定义信号M-RTS后，按最新规定制式向发送端发送约定的调制方式 应答信号M-CTS，表明发送端准备好；
[0017] 步骤S130,发送端用发送的调试方式定义信号M-RTS中约定的调制方式解调，确认 收到约定的调制方式应答信号M-CTS后，认为接收端准备好，随后发送数据包；
[0018] 步骤S140,接收端在接收数据的同时，计算信噪比、误码率W及信道容量，当信噪 比、误码率超过预先设定的阔值时，向发送端发送信道变化信号M-ARQ，并在信道变化信号 M-ARQ信号帖负载中附加累计的每个数据包信噪比等级值；
[0019] 步骤S150,发送端收到信道变化信号M-ARQ后，根据附加的信噪比等级值查表找出 对应范围的信噪比均值，用来估算未来信噪比值，并据此重新设定调制制式；
[0020] 步骤S160,跳转至步骤S120,重复执行发送-接收过程，当数据包发送完毕，接收端 均正确接收后，接收端用MFSK调制制式发送结束信号ACK，通知发送端及其他节点接收完 毕，此次发送-接收过程结束。
[0021 ] 进一步的，所述自适应调制解调机制的自适应调制过程包括：
[0022] 步骤S210,发射端利用MFSK调制方式发送握手信号RTS,并等待接收端回复握手信 号CTS。如在规定时间内，发射端没有收到回复握手信号CTS，则重发握手信号RTS，如果发送 握手信号RTS的次数超过预定值，则认为该链路不通；
[0023] 步骤S220,发射端收到回复握手信号CTS后，根据RTS及CTS信号之间的延时及信号 强度计算通信节点之间的距离及信噪比，并结合需要传送的数据量选择合适的通信方式；
[0024] 步骤S230,发射端用MFSK调制方式发送调试方式定义信号M-RTS，通知接收端后续 数据所使用的调试方式，同时等待接收端应答，如在预定时间内没有收到应答，则重发M-RTS信号，如果发送的M-RTS信号次数超过预定值，则转入步骤S210，重新发送RTS信号；
[0025] 步骤S240,发射端收到接收端回复的应答信号后，用约定的调制方式解调接收到 的应答信号并判断是否为约定的调制方式应答信号M-CTS。如果不是约定的调制方式应答 信号M-CTS，则转入步骤S230，重新等待接收端发送应答信号；
[0026] 步骤S250,如果解调后确认是约定的调制方式应答信号M-CTS，则用约定的调制方 式发送数据包，每发送一条数据，等待接收端回复的信道变化信号M-ARQ，如果在预定时间 内收到M-ARQ信号，则根据接收端附加在M-ARQ信号中的信噪比均值估算信噪比，并据此重 新选择调制方式，然后转入步骤S230;
[0027] 步骤S260，如果在预定时间内没有收到M-ARQ信号，则认为信道状态没有变化，判 断数据是否发送完成，没有则转入步骤S250继续发送数据，如果发送完成，则判断是否收到 接收端发送的错误帖信号ARQ，如果收到ARQ信号，则根据发送ARQ信号所附加的错误帖号， 转入步骤S250重新发送错误帖；
[0028] 步骤S270，如没