CN115173958A - 基于光ofdm实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，包括将光OFDM不同的子载波调制成不同频率的光波，利用不同频率的光波在水下透射时受到不同衰减的特性，以此来传输不同种类的多媒体数据，将不受影响或者受到影响小的子载波用来传输对误码率要求极低的多媒体数据种类，将容易受影响的子载波传输允许出现一定容错率的多媒体数据种类，从而为不同种类的多媒体数据提供不同质量的传输通道。与水下光通信的单载波系统相比，单载波系统由于单载波的衰落或者干扰就可能导致整个通信链路失败，而光OFDM系统利用不同频率的子载波在水下透射受到不同衰减的特性，有效提升了在水下实现多媒体数据不等错误保护的可靠性，改善了总体通信性能。

Description

基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法

技术领域

本发明属于水下可见光通信学科领域，具体涉及一种基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法。

背景技术

多媒体数据包括文档信息，图片信息，音频信息，视频信息等。多媒体数据种类的不同，在传输的过程中所要求的可靠性也不一样，比如对于文档的传输，不能有错误出现或者要求极低的误码率，而对于实时的语音或者视频的传输，可允许一定的数据帧丢失或者损坏。根据传输过程中不同的可靠性要求，实现对应种类的多媒体数据有效传输。

水下光信道作为一种频率选择性衰落信道，单载波系统在此信道中会因单载波的衰落或者干扰导致整个通信链路失败，所以不能用其实现水下多媒体数据的不等错误保护。光正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM)系统能将不同子载波调制成不同频率的光波，不同频率的光波在水下透射时受到的衰减程度是不一样的，使得光OFDM各个子载波受到的衰落干扰不一样，导致一部分的载波会受到影响，而一部分的子载波不受影响或者受到的影响小，所以光OFDM能利用不受影响或者受到影响小的子载波传输对误码率要求极低的多媒体数据种类，比如文档等多媒体数据；利用容易受影响的子载波传输允许出现一定容错率的多媒体数据种类，比如实时视频语音等多媒体数据。

发明内容

针对上述背景技术提到的情形，本发明要解决的技术问题：多媒体数据种类的不同，在传输的过程中所要求的可靠性也不一样，如何根据传输过程中不同的可靠性要求，实现对应种类的多媒体数据有效传输。

本发明提出一种基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，该方法是将光OFDM不同子载波调制成不同频率的光波，利用不同频率的子载波在水下透射时受到不同衰减的特性，以此来传输不同种类的多媒体数据，实现水下传输多媒体数据的不等错误保护。

本发明采用的技术方案：

一种基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，包括

将光OFDM不同的子载波调制成不同频率的光波，利用不同频率的光波在水下透射时受到不同衰减的特性，以此来传输不同种类的多媒体数据，将不受影响或者受到影响小的子载波用来传输对误码率要求极低的多媒体数据种类，将容易受影响的子载波传输允许出现一定容错率的多媒体数据种类，从而为不同种类的多媒体数据提供不同质量的传输通道。

进一步地，所述方法包括如下步骤：

步骤1)初始化，令第一帧传输导频数据，接收端对各个子载波的信道质量进行估计，并将估计结果反馈传回发送端，获得精确的子载波分组。

步骤2)正式开始传输多媒体数据，根据步骤1)得到的子载波分组，对信源进行数据分层后，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，实现不等错误保护。

本发明的技术特点和显著效果为：与水下光通信的单载波系统相比，单载波系统由于单载波的衰落或者干扰就可能导致整个通信链路失败，而光OFDM系统利用不同频率的子载波在水下透射受到不同衰减的特性，有效提升了在水下实现多媒体数据传输不等错误保护的可靠性，改善了总体通信性能。

附图说明

图1为实施例中基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法流程图。

具体实施方式

下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。

实施例：

一种基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，包括

将光OFDM不同的子载波调制成不同频率的光波，利用不同频率的光波在水下透射时受到不同衰减的特性，以此来传输不同种类的多媒体数据，将不受影响或者受到影响小的子载波用来传输对误码率要求极低的多媒体数据种类，将容易受影响的子载波传输允许出现一定容错率的多媒体数据种类，从而为不同种类的多媒体数据提供不同质量的传输通道。

如图1所示，所述方法包括如下步骤：

步骤1)初始化，令第一帧传输导频数据，接收端对各个子载波的信道质量进行估计，并将估计结果反馈传回发送端，获得精确的子载波分组；

步骤1)包括如下步骤：

1-1)初始化，令第一帧传输导频数据，并且导频数据分布在所有的子载波中；

1-2)对导频数据进行光OFDM调制，生成不同频率的OFDM电信号，并调制出去；

1-3)接收端进行光电转换，重新得到OFDM的电信号；

1-4)对OFDM信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier transform，简称FFT)，然后估计各个子载波的信道质量，并进行子载波分配，这里使用信噪比(SNR)作为表征子载波信道质量好坏的参数，设定一个阈值A，当某个子载波的信噪比大于A时，将其视为信道条件好的子载波；当某个子载波的信噪比小于A时，将其视为信道条件一般的子载波；

1-5)将子载波分配的结果通过反馈模块重新发回发送端，然后进入步骤2)中处理。

步骤1)的发送端在“插入导频”全部放置导频数据，并且导频数据分布在所有的子载波中；接收端进行信道估计后，将估计的结果通过“反馈”传回发送端；而步骤2)的发送端不需要再进行插入导频，接收端也不需要再进行对子信道的估计和反馈，具体如图1所示。

步骤2)正式开始传输多媒体数据，根据步骤1)得到的子载波分组，对信源进行数据分层后，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，实现不等错误保护；

步骤2)包括如下步骤：

2-1)发送端：令第二帧以第二帧之后的信源数据由不同种类的多媒体数据构成，包括文档信息，图片信息，音频信息和视频信息；

2-2)对信源数据进行数据分层，数据分层的目的是将可靠性要求不同的多媒体数据种类划分到相应的数据层，比如有两个不同的数据层，可靠性要求高的多媒体文本数据S₁被划分到第一层，可靠性要求不高的多媒体语音或视频数据S₂被划分第二层；

2-3)接着对第一层的数据S₁和第二层的数据S₂分别进行正交振幅调制(Quadrature Amplitude Modulation，简称QAM)，得到X_1，k和X_2，k，其中X_1，k表示第一层数据的QAM调制数据，X_2，k表示第二层数据的QAM调制数据；

2-4)对第一层QAM映射数据X_1，k进行共轭对称(Hermitian)得到共轭数据X^* _1，k，对第二层QAM映射数据X_2，k进行共轭对称得到共轭数据X^* _2，k；

2-5)根据步骤1)得到的子载波分配结果，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，其中，将信道条件好的子载波划分为第一组，用来传输可靠性要求高的第一层调制数据X_1，k，将信道条件一般的子载波划分为第二组，用来传输可靠性要求不高的第二层调制数据X_2，k；

2-6)对第一层QAM调制数据X_1，k和第二层QAM调制数据X_2，k进行共轭对称排序，然后经过N点的快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称IFFT)，得到N点OFDM实数信号；

2-7)对OFDM信号插入循环前缀和进行并串转换，接着进行DA数模转换，然后由光发射装置完成电信号到光信号的转换，得到不同频率的OFDM光信号；

2-8)不同频率的OFDM光信号在水下经过直射、散射、反射路径，到达接收端；

2-9)接收端：光信号经过光接收机处理后得到电信号，由于此时的电信号很微弱，所以需要通过低通滤波和电压放大，接着进行AD模数转换，得到OFDM接收信号；

2-10)对OFDM接收信号移除循环前缀，重新得到N点OFDM信号；

2-11)对N点OFDM信号进行FFT变换，重新得到N点的复数数据；

2-12)取出FFT输出的第一层待解调数据X'_1，k和第二层待解调数据X'_2，k；

2-13)对第一层待解调数据X'_1，k和第二层待解调数据X'_2，k进行解调，采用最大似然比算法，判断收到的星座点与理论星座点之间的最小欧式距离，恢复出第一层的解调二进制数据S₁和第二层的解调二进制数据S₂；

2-14)对第一层和第二层解调后的二进制数据进行位置调整，然后发回信宿。

通过上述实施案例，本发明基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法优势体现在：

步骤1)对各个子载波的信道质量进行估计，然后进行子载波分组，并将结果通过反馈模块传给步骤2)；

步骤2)根据步骤1)得到的子载波分组，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，其中，将信道条件好的子载波用来传输对误码率要求极低的多媒体文本数据；将信道条件一般的子载波用来传输允许出现一定容错率的多媒体语音和视频数据，以此完成水下多媒体数据传输的不等错误保护。

综上所述，本发明有效提升了在水下实现多媒体数据传输不等错误保护的可靠性，改善了总体通信性能。

尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的保护范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (4)

1.一种基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，其特征在于，包括

将光正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，简称OFDM)不同的子载波调制成不同频率的光波，利用不同频率的光波在水下透射时受到不同衰减的特性，以此来传输不同种类的多媒体数据，将不受影响或者受到影响小的子载波用来传输对误码率要求极低的多媒体数据种类，将容易受影响的子载波传输允许出现一定容错率的多媒体数据种类，从而为不同种类的多媒体数据提供不同质量的传输通道。

2.根据权利要求1所述的基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，其特征在于，包括如下步骤：

步骤1)初始化，令第一帧传输导频数据，接收端对各个子载波的信道质量进行估计，并将估计结果反馈传回发送端，获得精确的子载波分组；

步骤2)正式开始传输多媒体数据，根据步骤1)得到的子载波分组，对信源进行数据分层后，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，实现不等错误保护。

3.根据权利要求2所述的基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，其特征在于，步骤1)包括如下步骤：

1-1)初始化，令第一帧传输导频数据，并且导频数据分布在所有的子载波中；

1-2)对导频数据进行光OFDM调制，生成不同频率的OFDM电信号，并调制出去；

1-3)接收端进行光电转换，重新得到OFDM的电信号；

1-4)对OFDM信号进行快速傅里叶变换(Fast Fourier transform，简称FFT)，然后估计各个子载波的信道质量，并进行子载波分配，使用信噪比(SNR)作为表征子载波信道质量好坏的参数，设定一个阈值A，当某个子载波的信噪比大于A时，将其视为信道条件好的子载波；当某个子载波的信噪比小于A时，将其视为信道条件一般的子载波；

1-5)将子载波分配的结果通过反馈模块重新发回发送端，然后进入步骤2)中处理。

4.根据权利要求2所述的基于光OFDM实现水下多媒体数据传输不等错误保护的方法，其特征在于，步骤2)包括如下步骤：

2-1)发送端：令第二帧以第二帧之后的信源数据由不同种类的多媒体数据构成，包括文档信息，图片信息，音频信息和视频信息；

2-2)对信源数据进行数据分层，可靠性要求高的多媒体文本数据S₁被划分到第一层，可靠性要求不高的多媒体语音或视频数据S₂被划分第二层；

2-3)接着对第一层的数据S₁和第二层的数据S₂分别进行正交振幅调制(QuadratureAmplitude Modulation，简称QAM)，得到X_1，k和X_2，k，其中X_1，k表示第一层数据的QAM调制数据，X_2，k表示第二层数据的QAM调制数据；

2-4)对第一层QAM映射数据X_1，k进行共轭对称(Hermitian)得到共轭数据X^* _1，k，对第二层QAM映射数据X_2，k进行共轭对称得到共轭数据X^* _2，k；

2-5)根据步骤1)得到的子载波分配结果，为不同种类的多媒体数据分配不同质量的传输通道，其中，将信道条件好的子载波划分为第一组，用来传输可靠性要求高的第一层调制数据X_1，k，将信道条件一般的子载波划分为第二组，用来传输可靠性要求不高的第二层调制数据X_2，k；

2-6)对第一层QAM调制数据X_1，k和第二层QAM调制数据X_2，k进行共轭对称排序，然后经过N点的快速傅里叶逆变换(Inverse Fast Fourier Transform，简称IFFT)，得到N点OFDM实数信号；

2-7)对OFDM信号插入循环前缀和进行并串转换，接着进行DA数模转换，然后完成电信号到光信号的转换，得到不同频率的OFDM光信号；

2-8)不同频率的OFDM光信号在水下经过直射、散射、反射路径，到达接收端；

2-9)接收端：光信号经过光接收机处理后得到电信号，通过低通滤波和电压放大，接着进行AD模数转换，得到OFDM接收信号；

2-10)对OFDM接收信号移除循环前缀，重新得到N点OFDM信号；

2-11)对N点OFDM信号进行FFT变换，重新得到N点的复数数据；

2-12)取出FFT输出的第一层待解调数据X'_1，k和第二层待解调数据X'_2，k；

2-13)对第一层待解调数据X'_1，k和第二层待解调数据X'_2，k进行解调，采用最大似然比算法，判断收到的星座点与理论星座点之间的最小欧式距离，恢复出第一层的解调二进制数据S₁和第二层的解调二进制数据S₂；

2-14)对第一层和第二层解调后的二进制数据进行位置调整，然后发回信宿。

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