CN203387517U - 基于ofdm的超声管状水信道通信系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于OFDM的超声管状水信道通信系统，包括发送端部、接收端部和管状水信道，发送端部和接收端部之间通过管状水信道进行通信；发送端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第一微处理器控制模块、D/A转换模块、功率放大模块和超声换能器；接收端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第二微处理器控制模块、A/D转换模块、信号放大滤波模块和超声换能器。本实用新型中，超声波携带信息在管状水信道中进行信号传输，并采用OFDM多载波传输技术对信号进行调制解调，能够实现对数据信息的调制解调，可以减小管状水信道多径干扰、信道衰落特性等带来的不利影响，从而实现数据的有效传输。

Description

基于OFDM的超声管状水信道通信系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于OFDM的超声管状水信道通信系统。

背景技术

信道是通信系统不可缺少的组成部分之一，在信息传输的过程中，通信质量的好坏，主要取决于所处信道的特性，信道起着非常重要的作用。许多文献对水声信道进行了研究，发现水声信道是一个非常复杂的时变、空变、频变信道。其主要特征表现为：传播损失、多径效应、频散效应。它对水声通信系统的传播距离、信噪比、信号频率和系统带宽等都有很大的影响。管状水信道作为水声信道的一种，与以往的水声信道相比，既有相同点又有不同点。相同点是，管状水信道也存在着多径效应和传输损耗，这些因素极大地限制了信道的容量，影响到管状水声通信的质量。但不同的是，管状水信道是一个封闭的空间，声波在管道内经过多次反射和折射使声能量衰减相对集中在水管限制的狭长波导内，这也使同样强度的声源可以传播更远的距离。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提出一种基于OFDM的超声管状水信道通信系统，超声波携带信息在水管中进行信号传输，数据传输可靠性高。

为了实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

基于OFDM的超声管状水信道通信系统，包括发送端部、接收端部和管状水信道，发送端部和接收端部之间通过管状水信道进行通信；发送端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第一微处理器控制模块、D/A转换模块、功率放大模块和超声换能器；接收端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第二微处理器控制模块、A/D转换模块、信号放大滤波模块和超声换能器。

上述基于OFDM的超声管状水信道通信系统中，串口通信模块为RS232串口通信模块。

上述基于OFDM的超声管状水信道通信系统中，第一微处理器控制模块、第二微处理器控制模块均采用TMS320VC5509芯片。

上述基于OFDM的超声管状水信道通信系统中，超声换能器采用中心频率为120kHz的超声压电换能器。

本实用新型的优点是：

本实用新型的管状水信道通信系统中，超声波携带信息在管状水信道中进行信号传输，并采用OFDM多载波传输技术对信号进行调制解调，能够实现对数据信息的调制解调，可以减小管状水信道多径干扰、信道衰落特性等带来的不利影响，从而实现数据的有效传输。

附图说明

图1为本实用新型中基于OFDM的超声管状水信道通信系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施方式对本实用新型作进一步详细说明：

结合图1所示，基于OFDM的超声管状水信道通信系统，包括发送端部、接收端部和管状水信道，发送端部和接收端部之间通过管状水信道进行通信；发送端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第一微处理器控制模块、D/A转换模块、功率放大模块和超声换能器；接收端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第二微处理器控制模块、A/D转换模块、信号放大滤波模块和超声换能器。串口通信模块采用RS232串口通信模块。

在超声管状水信道通信系统中采用OFDM技术，对数据信息进行调制解调，可以减小管状水信道多径干扰、信道衰落特性等带来的不利影响，从而实现数据的有效传输。

优选地，第一微处理器控制模块、第二微处理器控制模块均采用TMS320VC5509芯片。第一微处理器控制模块、第二微处理器控制模块作为整个超声管状水信道通信系统的核心部分，可以实现数据信息的接收发送、调制解调和数据处理等功能。

由图1可知，超声管状水信道通信需要发送端和接收端两部分来实现，它是一个半双工系统，其发送端和接收端可以互换。在发送端，PC机将要发送的二进制数据通过RS232接口发送给第一微处理器控制模块，第一微处理器控制模块对接收到的数据进行处理，将其转换成适合信道传输的信号，主要包括对接收到的数据进行串并转换、BPSK调制、IFFT算法实现、加入循环前缀和D/A转换等操作。经第一微处理器控制模块处理过的数据信号被输出到信号调理电路进行功率放大处理，最后，由超声换能器将数据信号发射到管状水信道中。由于D/A转换模块输出的信号功率强度还不够驱动超声换能器将数据发送出去，因此需要将D/A转换模块输出的信号功率进行放大，以便能够驱动超声换能器进行发送。

在接收端，超声换能器接收到发送端通过管状水信道传输过来的超声波调制信号后，通过能量转换把声波信号转换为电信号，再由信号调理电路对其进行滤波放大处理后送入第一微处理器控制模块进行A/D转换、去除循环前缀、FFT算法实现、BPSK同步解调及并串转换等处理，这些过程是发送端数据处理的逆过程。经过这些处理后，发送端发送过来的原始数据就能得到了恢复。然后将恢复后的数据通过RS232接口将数据发送给PC机，至此便实现了两台PC机间通过管状水信道传递信息的功能。超声信号经过管状水信道传输到达接收端时，由于传播损耗和噪声干扰，使得超声换能器接收到信号相对较小，只有mV级的，不易检测，因此需要使用信号放大滤波模块对接收到的小信号进行放大和提取。

超声换能器又称超声探头，是实现声能与电能相互转换的部件，具有发射和接收超声波的功能。超声波探头的性能直接影响到发射的超声波的特性，影响到超声波的传输和检测能力。超声换能器的种类有很多，其中，超声波压电换能器以电能同机械能之间转换效率高的优点，在功率超声技术中被广泛应用。超声波压电换能器是利用某些晶体材料具有的压电效应来实现电声能量之间的转换的。考虑到超声换能器的制作难易程度、尺寸问题及系统的需要，本实用新型选用中心频率为120kHz的超声压电换能器，该换能器是收发同体的直探头，带宽为4kHz，直径是2.5cm。

当然，以上说明仅仅为本实用新型的较佳实施例，本实用新型并不限于列举上述实施例，应当说明的是，任何熟悉本领域的技术人员在本说明书的教导下，所做出的所有等同替代、明显变形形式，均落在本说明书的实质范围之内，理应受到本实用新型的保护。

Claims (4)

1.基于OFDM的超声管状水信道通信系统，其特征在于，包括发送端部、接收端部和管状水信道，发送端部和接收端部之间通过管状水信道进行通信；发送端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第一微处理器控制模块、D/A转换模块、功率放大模块和超声换能器；接收端部，包括PC机、串口通信模块、基于DSP的第二微处理器控制模块、A/D转换模块、信号放大滤波模块和超声换能器。

2.根据权利要求1所述的基于OFDM的超声管状水信道通信系统，其特征在于，所述串口通信模块为RS232串口通信模块。

3.根据权利要求1所述的基于OFDM的超声管状水信道通信系统，其特征在于，所述第一微处理器控制模块、第二微处理器控制模块均采用TMS320VC5509芯片。

4.根据权利要求1所述的基于OFDM的超声管状水信道通信系统，其特征在于，所述超声换能器采用中心频率为120kHz的超声压电换能器。