JP4333475B2 - Underwater communication system - Google Patents

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本発明は、超音波を伝送媒体とした水中通信システムに関し、特に浅海域における多重反射などの影響に対して、水上局と水中局との間で安定した通信を行うことが可能な水中通信システムに関する。   The present invention relates to an underwater communication system using ultrasonic waves as a transmission medium, and more particularly to an underwater communication system capable of performing stable communication between a surface station and an underwater station against the influence of multiple reflections in a shallow sea area. About.

従来、海水中でのデジタルデータ通信では、超音波を伝送媒体とした通信システムが用いられている。海中では、送信側から受信側に直接到来する直接波の他に、海面や海底などに反射して到来する遅延波が存在する。特に浅海域では、音波の距離減衰も小さいため、大きなパワーを有する多数の遅延波が生じ、データの伝送エラーを生じさせる大きな原因となる。以下、従来の水中通信システムについて、図9、図10を用いて説明する。   Conventionally, in digital data communication in seawater, a communication system using ultrasonic waves as a transmission medium has been used. In the sea, in addition to the direct wave that arrives directly from the transmission side to the reception side, there is a delayed wave that reflects and arrives at the sea surface or the sea floor. Particularly in the shallow water area, since the distance attenuation of the sound wave is small, a large number of delayed waves having a large power are generated, which causes a data transmission error. Hereinafter, a conventional underwater communication system will be described with reference to FIGS.

図9は、従来技術における、水中局と水上局からなる水中通信システムの超音波伝搬を説明するための説明図である。
図9において、水中局10で収集された海底地形データや物体探知データは、超音波の周波数帯域の変調信号に変換され、水中局10に備えられた送波器100から送信されて、水上局20に備えられた受波器200で受信される。受信された信号は、水上局20でデジタル処理され、無線アンテナ3を介して、別の水上局や陸上の基地局に伝送される。
FIG. 9 is an explanatory diagram for explaining ultrasonic propagation of an underwater communication system composed of an underwater station and a water station in the prior art.
In FIG. 9, the seafloor topography data and object detection data collected by the underwater station 10 are converted into modulation signals in the ultrasonic frequency band, transmitted from the transmitter 100 provided in the underwater station 10, and 20 is received by the receiver 200 included in the unit 20. The received signal is digitally processed by the surface station 20 and transmitted to another surface station or a land base station via the wireless antenna 3.

受波器200で受信される超音波には、実線のパスRdに沿って、受波器200に直接到来する直接波の他、破線のパスRsのように、海面1で反射して到来する遅延波、一点鎖線のパスRb1のように、海面1で反射して到来する遅延波、二点鎖線のパスRb2のように、海底2と海面1で反射して到来する遅延波など、多数の遅延波が存在する。これら遅延波は、直接波に重畳して、受信信号の振幅や位相を変化させる、いわゆるマルチパス・フェージング環境を作り出すため、データの伝送エラーを生じさせる原因となる。   The ultrasonic waves received by the receiver 200 are reflected along the solid line Rd and reflected by the sea surface 1 like the broken line Rs in addition to the direct wave that directly arrives at the receiver 200. Delay waves, delayed waves that arrive after being reflected by the sea surface 1 such as the one-dot chain line path Rb1, delayed waves that arrive after being reflected by the sea floor 2 and the sea surface 1, such as a two-dot chain line path Rb2 There is a delayed wave. Since these delayed waves are superimposed on the direct wave to create a so-called multipath fading environment in which the amplitude and phase of the received signal are changed, they cause data transmission errors.

図10は、図9において、受波器200で受信されたパルスの時間的な応答を示したパルス応答波形図である。図10(a)は全体の時間的応答を示す図、図10(b)、10(c)は、図10(a)における、A部、B部付近の拡大図である。   FIG. 10 is a pulse response waveform diagram showing the temporal response of the pulse received by receiver 200 in FIG. FIG. 10 (a) is a diagram showing the overall temporal response, and FIGS. 10 (b) and 10 (c) are enlarged views in the vicinity of part A and part B in FIG. 10 (a).

ここで、送波器100の深度Dtは150m、海底2から送波器100までの距離Hは50m、海面1と受波器200までの距離Drは10cm、送波器100と受波器200までの水平距離Lは200m、パルスの帯域は20kHz〜70kHz、シンボルレートは8000ボー(baud)としている。図10(b)に示したパルス波形のうち、パルスA1は、図9に示す実線のパスRdに沿って伝達された直接波であり、パルスA2は、図9に示す破線のパスRsに沿って伝達された遅延波である。また、同10(c)に示したパルス波形のうち、パルスB1は、図9に示す一点鎖線のパスRb1に沿って伝達された遅延波であり、パルスB2は、図9に示す二点鎖線のパスRb2に沿って伝達された遅延波である。図9、図10から、特に浅海域では、数百シンボルの時間的遅れをもって、大きなパワーを有する遅延波が存在することがわかる。   Here, the depth Dt of the transmitter 100 is 150 m, the distance H from the sea floor 2 to the transmitter 100 is 50 m, the distance Dr from the sea surface 1 to the receiver 200 is 10 cm, and the transmitter 100 and the receiver 200 are. The horizontal distance L is 200 m, the pulse band is 20 kHz to 70 kHz, and the symbol rate is 8000 baud. Of the pulse waveforms shown in FIG. 10B, the pulse A1 is a direct wave transmitted along the solid-line path Rd shown in FIG. 9, and the pulse A2 is along the broken-line path Rs shown in FIG. Is a delayed wave transmitted. Of the pulse waveforms shown in FIG. 10 (c), the pulse B1 is a delayed wave transmitted along the one-dot chain path Rb1 shown in FIG. 9, and the pulse B2 is the two-dot chain line shown in FIG. This is a delayed wave transmitted along the path Rb2. 9 and 10, it can be seen that there is a delayed wave having a large power with a time delay of several hundred symbols, particularly in a shallow sea area.

このようなマルチパス・フェージング環境下においても、安定した水中通信を可能とする技術が知られている(例えば、特許文献1:「多重超音波による水中超音波伝送装置及び超音波伝送方法」、特許文献2:「水中通信方式」)。特許文献1に記載の技術は、海面反射に起因して発生する不感領域(ヌル領域)を、異なる周波数の搬送波を用いて補間することにより、データ受信の確実性を向上させるものである。   A technology that enables stable underwater communication even in such a multipath fading environment is known (for example, Patent Document 1: “Underwater ultrasonic transmission apparatus and ultrasonic transmission method using multiple ultrasonic waves”, Patent Document 2: “Underwater communication system”). The technique described in Patent Document 1 improves the certainty of data reception by interpolating a dead area (null area) generated due to sea surface reflection using carrier waves of different frequencies.

また、特許文献2に記載の技術では、スタートパルス、データパルス、エンドパルスで構成された受信信号のFSK(Frequency Shift Keying)変調波を周波数分析し、この変調波の周波数帯域内に、スタートパルスが存在しているか否かを検出して、スタートパルスの存在が確認されると、検出した信号の時間的に分離した周波数分析結果を用いて、コード判定を行うものである。   In the technique disclosed in Patent Document 2, frequency analysis is performed on an FSK (Frequency Shift Keying) modulation wave of a reception signal composed of a start pulse, a data pulse, and an end pulse, and the start pulse is included in the frequency band of the modulation wave. When the presence of the start pulse is confirmed by detecting whether or not the signal exists, the code determination is performed using the frequency analysis result of the detected signal separated in time.

特開平9−55707号公報JP-A-9-55707

特開2004−15762号公報JP 2004-15762 A

上述したように、特に、浅海域における水上局と水中局とのデータ通信では、数百シンボルの時間的な遅れをもって、大きなパワーの遅延波が到来する。このような遅延波が到来すると、フェージングによる音響伝搬路の周波数選択性は、非常に細かく細分化され、多くの不感領域が形成される。また、不感領域の変化は、水上局と水中局の位置関係に大きく依存するため、上述の従来技術では、通信の安定性が劣化する可能性があった。   As described above, in particular, in data communication between a water station and an underwater station in a shallow sea area, a delayed wave of large power arrives with a time delay of several hundred symbols. When such a delayed wave arrives, the frequency selectivity of the acoustic propagation path due to fading is very finely divided, and many dead areas are formed. In addition, since the change of the insensitive area largely depends on the positional relationship between the water station and the underwater station, the above-described conventional technology may deteriorate the stability of communication.

本発明の目的は、水中の多重反射による符号間干渉の影響を少なくし、安定した効率のよい通信を可能とする水中通信システムを提供することにある。
本発明の目的は、浅海域における多重反射などの影響に対して、水上局と水中局との間で安定した水中通信を行うことが可能な水中通信システムを提供することにある。
An object of the present invention is to provide an underwater communication system that can reduce the influence of intersymbol interference due to multiple underwater reflections and enables stable and efficient communication.
An object of the present invention is to provide an underwater communication system capable of performing stable underwater communication between a surface station and an underwater station against the influence of multiple reflections in a shallow sea area.

本発明の水中通信システムは、水上局と水中局間に形成される音響伝搬路の時間的応答を検出する手段と、検出された時間的応答から直接波と遅延波の到来時間間隔に基づいて送信間隔を制御する手段とを具備している。
本発明の水中通信システムでは、水中局は、水上局から送信された既知の送信パルスを受信し、受信信号を電気信号に変換する受波器と、受波器から得られた信号と既知の送信パルスとの相関値を求める相関処理部と、相関値から直接波と遅延波との遅延時間を検出し、予め定められた許容遅延時間と予め定められた相関閾値とを超える遅延波の最大遅延時間を求める遅延時間検出部と、最大遅延時間を最大フレーム長として送信データのデータフレーム系列を生成し、最大遅延時間の間隔でデータフレーム系列を出力する信号生成部と、信号生成部の出力によって変調された変調信号を生成する変調部と、変調信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、アナログ信号を増幅する送信アンプと、送信アンプの電気出力を音響パワーに変換して水中に送信する送波器とを具備している。
The underwater communication system of the present invention is based on means for detecting the temporal response of the acoustic propagation path formed between the surface station and the underwater station, and based on the arrival time interval of the direct wave and the delayed wave from the detected time response. Means for controlling the transmission interval.
In the underwater communication system of the present invention, the underwater station receives a known transmission pulse transmitted from the surface station, converts a received signal into an electric signal, a signal obtained from the receiver, and a known A correlation processing unit for obtaining a correlation value with a transmission pulse, and detecting a delay time between the direct wave and the delayed wave from the correlation value, and a maximum of the delayed wave exceeding a predetermined allowable delay time and a predetermined correlation threshold A delay time detector for obtaining a delay time, a signal generator for generating a data frame sequence of transmission data with the maximum delay time as a maximum frame length, and outputting the data frame sequence at intervals of the maximum delay time, and an output of the signal generator A modulation unit that generates a modulation signal modulated by the D / A converter, a D / A converter that converts the modulation signal into an analog signal, a transmission amplifier that amplifies the analog signal, and an electrical output of the transmission amplifier that is converted into acoustic power. And it includes a wave transmitter for transmitting in water and.

本発明の水中通信システムでは、データフレーム系列は、フレーム先頭を表すフレーム同期系列Fs(図4中の41)と、データ系列と、フレーム末尾を表すフレーム同期系列Fe(図4中の42)とから構成されており、データ系列はフレーム同期系列Fs(図4中の41)とフレーム同期系列Fe(図4中の42)との間に時間的に挟まれて位置しており、水上局は、フレーム同期系列Fs(図4中の41)とフレーム同期系列Fe(図4中の42)とを検出して、データ系列の変調信号を抽出するフレーム同期部と、データ系列の変調信号に含まれるデータのシンボル長を求めるシンボル長検出部と、データ系列の変調信号を復調し、受信データを出力する復調部とを備えている。
このような構成によって、逐次変化する音響伝搬路の時間的応答特性に対応して、データの送受信を行う時間間隔が決定されるため、水中におけるデータの送受信を、安定且つ効率よくできる。
In the underwater communication system of the present invention, the data frame sequence includes a frame synchronization sequence Fs (41 in FIG. 4) representing the beginning of the frame, a data sequence, and a frame synchronization sequence Fe (42 in FIG. 4) representing the end of the frame. The data sequence is located between the frame synchronization sequence Fs (41 in FIG. 4) and the frame synchronization sequence Fe (42 in FIG. 4) in time. A frame synchronization unit for detecting a frame synchronization sequence Fs (41 in FIG. 4) and a frame synchronization sequence Fe (42 in FIG. 4) and extracting a modulation signal of the data sequence; and included in the modulation signal of the data sequence A symbol length detection unit that obtains a symbol length of the data to be transmitted, and a demodulation unit that demodulates a modulation signal of the data sequence and outputs received data.
With such a configuration, since the time interval for transmitting and receiving data is determined in accordance with the temporal response characteristics of the acoustic propagation path that changes sequentially, data transmission and reception in water can be performed stably and efficiently.

本発明の水中通信システムでは、フレーム同期系列Fs(図4中の41)とフレーム同期系列Fe(図4中の42)は、鋭い自己相関関数を有するバーカー(Barker)符号あるいはM系列符号を用いる。このため、確実なフレーム同期と受信データのシンボル数の検出が行え、水中におけるデータの送受信を、安定且つ効率よくできる。
本発明の水中通信システムでは、水上局は、mを自然数、Tをシンボルレートとして、タップ間隔T/m、タップ数nの、受信シンボルデータを等化する適応等化器を備えており、水中局の遅延時間検出部における許容遅延時間はT・n/m以上となっている。
In the underwater communication system of the present invention, the frame synchronization sequence Fs (41 in FIG. 4) and the frame synchronization sequence Fe (42 in FIG. 4) use Barker codes or M-sequence codes having a sharp autocorrelation function. . Therefore, reliable frame synchronization and detection of the number of received data symbols can be performed, and transmission / reception of data in water can be performed stably and efficiently.
In the underwater communication system of the present invention, the floating station includes an adaptive equalizer that equalizes received symbol data with a tap interval T / m and a tap number n, where m is a natural number and T is a symbol rate. The allowable delay time in the station delay time detection unit is T · n / m or more.

また、本発明の水中通信システムでは、適応等化器に判定帰還形適応等化器を用いる。この場合、Tをシンボルレート、nbを判定帰還形適応等化器のフィードバックフィルタのタップ数として、水中局の遅延時間検出部における許容遅延時間はT・nb以上とする。このような構成及び手法を用いて、比較的短い間隔で到来する遅延波の符号間干渉の影響は適応等化器で除去され、適応等化器で等化が不可能な遅延波の影響も除外可能であり、水中におけるデータの送受信を安定且つ効率よくできる。   In the underwater communication system of the present invention, a decision feedback type adaptive equalizer is used as the adaptive equalizer. In this case, T is the symbol rate, nb is the number of taps of the feedback filter of the decision feedback adaptive equalizer, and the allowable delay time in the delay time detector of the underwater station is T · nb or more. By using such a configuration and method, the influence of intersymbol interference of delayed waves that arrive at relatively short intervals is removed by the adaptive equalizer, and the influence of delayed waves that cannot be equalized by the adaptive equalizer is also included. The transmission and reception of data in water can be performed stably and efficiently.

本発明の水中通信システムでは、以上のような構成によって、水上局と水中局との間で安定且つ効率のよい水中通信が可能となる。また、浅海域における多重反射などの影響に対して、より具体的には、直接波が到来してから比較的長い遅延時間を経て到来する、大きなパワーの遅延波に対しても、水上局と水中局との間で安定した水中通信が可能となる。   In the underwater communication system of the present invention, stable and efficient underwater communication is possible between the surface station and the underwater station with the above-described configuration. In addition, for the influence of multiple reflections in shallow water, more specifically, even for a large power delayed wave that arrives after a relatively long delay time after the direct wave arrives, Stable underwater communication is possible with underwater stations.

本発明の水中通信方式は、超音波を伝送媒体として水上局と水中局との間でデジタルデータを送受信する水中通信方式であって、水上局と水中局間における音響伝搬路の時間的応答を検出して、検出された時間的応答から直接波と遅延波の到来時間間隔に基づいて送波間隔を制御することを特徴とする水中通信方式であり、本発明の水中通信方式は、水中局において、受波器により、水上局から送信された既知の送信パルスを受信し、受信信号を電気信号に変換し、相関処理部により、受波器から得られた信号と既知の送信パルスとの相関値を求め、相関値から直接波と遅延波との遅延時間を検出し、遅延時間検出部により、予め定められた許容遅延時間と予め定められた相関閾値とを超える遅延波の最大遅延時間を求め、信号生成部により、最大遅延時間を最大フレーム長として送信データのデータフレーム系列を生成し、最大遅延時間の間隔でデータフレーム系列を出力し、変調部により、信号生成部の出力によって変調された変調信号を生成し、D/A変換器により、変調信号をアナログ信号に変換し、送信アンプによりアナログ信号を増幅して、送波器により、送信アンプの電気出力を音響パワーに変換して水中に送信することを特徴とする水中通信方式である。   The underwater communication system of the present invention is an underwater communication system that transmits and receives digital data between a surface station and an underwater station using ultrasonic waves as a transmission medium, and the temporal response of an acoustic propagation path between the surface station and the underwater station. An underwater communication system characterized by detecting and controlling a transmission interval based on an arrival time interval of a direct wave and a delayed wave from a detected temporal response. , The receiver receives a known transmission pulse transmitted from the surface station, converts the received signal into an electrical signal, and the correlation processor converts the signal obtained from the receiver and the known transmission pulse. The correlation value is obtained, the delay time between the direct wave and the delay wave is detected from the correlation value, and the maximum delay time of the delay wave exceeding the predetermined allowable delay time and the predetermined correlation threshold is detected by the delay time detection unit. By the signal generator A data frame sequence of transmission data is generated with a maximum delay time as a maximum frame length, a data frame sequence is output at an interval of the maximum delay time, a modulation unit generates a modulation signal modulated by an output of the signal generation unit, The modulated signal is converted into an analog signal by a D / A converter, the analog signal is amplified by a transmission amplifier, and the electrical output of the transmission amplifier is converted into acoustic power by a transmitter and transmitted to the water. This is an underwater communication system.

本発明の上記の水中通信方式では、データフレーム系列は、フレーム先頭を表すフレーム同期系列Fsと、データ系列と、フレーム末尾を表すフレーム同期系列Feとから構成されており、データ系列はフレーム同期系列Fsとフレーム同期系列Feとの間に時間的に挟まれて位置しており、水上局において、フレーム同期部により、フレーム同期系列Fsとフレーム同期系列Feとを検出して、データ系列の変調信号を抽出し、シンボル長検出部により、データ系列の変調信号に含まれるデータのシンボル長を求め、復調部により、データ系列の変調信号を復調し、受信データを出力することを特徴とする。この特徴によって、逐次変化する音響伝搬路の時間的応答特性に対応して、データの送受信を行う時間間隔が決定できるので、水中におけるデータの送受信を安定且つ効率よく実行できる。   In the above-described underwater communication system of the present invention, the data frame sequence is composed of a frame synchronization sequence Fs representing the beginning of the frame, a data sequence, and a frame synchronization sequence Fe representing the end of the frame, and the data sequence is a frame synchronization sequence. Fs and the frame synchronization sequence Fe are sandwiched in time. At the water station, the frame synchronization unit detects the frame synchronization sequence Fs and the frame synchronization sequence Fe, and the modulation signal of the data sequence is detected. The symbol length detection unit obtains the symbol length of the data included in the data sequence modulation signal, the demodulation unit demodulates the data sequence modulation signal, and outputs received data. With this feature, since the time interval for transmitting and receiving data can be determined in accordance with the temporal response characteristics of the acoustic propagation path that changes sequentially, the transmission and reception of data in water can be performed stably and efficiently.

また、本発明の上記の水中通信方式では、フレーム同期系列Fsとフレーム同期系列Feは、バーカー(Barker)符号あるいはM系列符号であることを特徴とする。このため、確実なフレーム同期と受信データのシンボル数の検出が行え、水中におけるデータの送受信を安定且つ効率よく実行できる。   The underwater communication system of the present invention is characterized in that the frame synchronization sequence Fs and the frame synchronization sequence Fe are Barker codes or M sequence codes. For this reason, reliable frame synchronization and detection of the number of received data symbols can be performed, and transmission / reception of data in water can be performed stably and efficiently.

また、本発明の上記の水中通信方式では、水上局は、mを自然数、Tをシンボルレートとして、適応等化器により、タップ間隔T/m、タップ数nの、受信シンボルデータを等化し、水中局の遅延時間検出部における許容遅延時間をT・n/m以上とすることを特徴とする。
また、本発明の上記の水中通信方式では、適応等化器は判定帰還形適応等化器であり、Tをシンボルレート、nbを判定帰還形適応等化器のフィードバックフィルタのタップ数として、水中局の遅延時間検出部における許容遅延時間をT・nb以上とすることを特徴とする。
In the above-described underwater communication system of the present invention, the floating station equalizes received symbol data having a tap interval T / m and a tap number n by an adaptive equalizer, where m is a natural number and T is a symbol rate. The allowable delay time in the delay time detector of the underwater station is set to T · n / m or more.
In the above underwater communication system of the present invention, the adaptive equalizer is a decision feedback type adaptive equalizer, where T is the symbol rate and nb is the number of taps of the feedback filter of the decision feedback type adaptive equalizer. The allowable delay time in the station delay time detection unit is set to T · nb or more.

以上説明した方式によって、比較的短い間隔で到来する遅延波の符号間干渉の影響は適応等化器で除去され、適応等化器で等化が不可能な遅延波の影響も除外できるので、水中におけるデータの送受信を、安定且つ効率よく実行できる。   By the method described above, the influence of intersymbol interference of delayed waves that arrive at relatively short intervals is removed by the adaptive equalizer, and the influence of delayed waves that cannot be equalized by the adaptive equalizer can also be excluded. Transmission and reception of data in water can be performed stably and efficiently.

本発明の水中通信方式では、水上局と水中局との間で安定且つ効率のよい水中通信を行うことが可能となる。また、浅海域における多重反射などの影響に対して、より具体的には、直接波が到来してから比較的長い遅延時間を経て到来する、大きなパワーの遅延波に対しても、水上局と水中局との間で安定した水中通信を行うことが可能となる。   In the underwater communication system of the present invention, it is possible to perform stable and efficient underwater communication between a surface station and an underwater station. In addition, for the influence of multiple reflections in shallow water, more specifically, even for a large power delayed wave that arrives after a relatively long delay time after the direct wave arrives, Stable underwater communication can be performed with the underwater station.

本発明の水中通信システム及び水中通信方式によれば、直接波と遅延波の到来時間間隔でデータを送受信することにより、遅延波による干渉の影響を小さくし、誤りの少ない安定した水中通信が可能になる。   According to the underwater communication system and the underwater communication system of the present invention, by transmitting and receiving data at the arrival time interval between the direct wave and the delayed wave, the influence of interference due to the delayed wave is reduced, and stable underwater communication with less errors is possible. become.

以下、本発明を実施するための最良の形態を図1〜図10を参照して詳細に説明する。なお、以下の説明において使用しているパラメータT1、T2、TI、TFにおけるTに続く、大文字1、2、I、Fは、図中にでは下付きの小文字として示されている。   Hereinafter, the best mode for carrying out the present invention will be described in detail with reference to FIGS. Note that capital letters 1, 2, I, and F following T in the parameters T1, T2, TI, and TF used in the following description are shown as subscript lowercase letters in the drawing.

以下の説明では、図9に示したような位置関係にある水中局10と水上局20との間の水中通信を考え、図9に図示しない水中局10の受波器110と送波器100とは同じ位置にあるものとし、図9に図示しない水上局20に備えられた送波器と受波器200とは同じ位置にあるものとする。また、受波器110と送波器100は、海面1からの深度Dtが150m、海底2からの距離Hが50mに位置しており、水上局20に備えられた図9に図示しない送波器と受波器200は、海面1からの距離Drが10cmに位置し、送波器100と受波器200との水平距離Lは200mとする。また、シンボルレートTは8000ボー(baud)、データ通信に使われる周波数帯域は、42kHz〜58kHzとする。   In the following description, considering the underwater communication between the underwater station 10 and the surface station 20 in the positional relationship as shown in FIG. 9, the receiver 110 and the transmitter 100 of the underwater station 10 not shown in FIG. Is assumed to be at the same position, and the transmitter and receiver 200 provided at the water station 20 (not shown in FIG. 9) are assumed to be at the same position. The receiver 110 and the transmitter 100 are located at a depth Dt from the sea surface 1 of 150 m and a distance H from the sea floor 2 of 50 m, and are not shown in FIG. The distance from the sea surface 1 is 10 cm, and the horizontal distance L between the transmitter 100 and the receiver 200 is 200 m. The symbol rate T is 8000 baud, and the frequency band used for data communication is 42 kHz to 58 kHz.

図1は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局10の装置構成を示すブロック図である。
図2は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水上局20の装置構成を示すブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram showing a device configuration of an underwater station 10 used in an underwater communication system according to an embodiment of the present invention.
FIG. 2 is a block diagram showing a device configuration of the floating station 20 used in the underwater communication system according to the embodiment of the present invention.

図3は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の相関処理部で得られる相関関数の一例を示す特性図である。図3において、縦軸は相関値(相関関数の相対値)、横軸はシンボルレートTで正規化した時間をそれぞれ示す。
図4は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられるデータフレーム系列の構成を示す図である。
FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of a correlation function obtained by the correlation processing unit of the underwater station used in the underwater communication system according to the embodiment of the present invention. In FIG. 3, the vertical axis represents the correlation value (relative value of the correlation function), and the horizontal axis represents the time normalized by the symbol rate T.
FIG. 4 is a diagram showing a configuration of a data frame sequence used in the underwater communication system according to the embodiment of the present invention.

図5は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の信号生成部から出力されるデータフレーム系列のタイミングを示す図である。
図6は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の信号生成部から出力されるデータフレーム系列の別のタイミングを示す図である。
FIG. 5 is a diagram illustrating the timing of the data frame sequence output from the signal generation unit of the underwater station used in the underwater communication system according to the embodiment of the present invention.
FIG. 6 is a diagram illustrating another timing of the data frame sequence output from the signal generation unit of the underwater station used in the underwater communication system according to the embodiment of the present invention.

図1において、水中局10に備えられた受波器110は、水上局20から送信された既知のパルス信号を受信する。このパルス信号には、例えば、チャープ信号を用いる。受波器110で受信されたパルス信号は、受信アンプ111で増幅され、A/D変換器112でアナログ信号からデジタル信号に変換され、相関処理部113に出力される。相関処理部113では、水上局20から送信された既知のパルス信号をレプリカ信号とした相関演算を行い、相関関数を計算する。   In FIG. 1, a receiver 110 provided in the underwater station 10 receives a known pulse signal transmitted from the surface station 20. As this pulse signal, for example, a chirp signal is used. The pulse signal received by the receiver 110 is amplified by the reception amplifier 111, converted from an analog signal to a digital signal by the A / D converter 112, and output to the correlation processing unit 113. The correlation processing unit 113 performs a correlation operation using the known pulse signal transmitted from the surface station 20 as a replica signal, and calculates a correlation function.

図3は、上述した位置関係に水中局10と水上局20が位置する場合の、相関処理部113で得られる相関関数の一例を示した特性図である。ここで、パルス信号は、上記周波数帯域を有するパルス幅1msのチャープ信号としており、横軸の時間軸は、上記シンボルレートTで正規化した時間を示している。図3のように得られた相関関数をもとに、図1に示す遅延時間検出部114では、予め定められた許容遅延時間と予め定められた相関閾値とを超える遅延波の最大遅延時間ΔTを求める。例えば、許容遅延時間を30シンボル、相関閾値をT1における相関値の1/10として、直接波がT1で検出されたとする。遅延時間検出部114では、さらにT2における遅延波を検出し、ΔT=T1−T2を最大遅延時間として出力する。   FIG. 3 is a characteristic diagram illustrating an example of a correlation function obtained by the correlation processing unit 113 when the underwater station 10 and the surface station 20 are located in the above-described positional relationship. Here, the pulse signal is a chirp signal having a pulse width of 1 ms having the above frequency band, and the time axis on the horizontal axis indicates the time normalized by the symbol rate T. Based on the correlation function obtained as shown in FIG. 3, the delay time detecting unit 114 shown in FIG. 1 has a maximum delay time ΔT of a delayed wave exceeding a predetermined allowable delay time and a predetermined correlation threshold. Ask for. For example, assume that a direct wave is detected at T1 with an allowable delay time of 30 symbols and a correlation threshold of 1/10 of the correlation value at T1. The delay time detection unit 114 further detects a delay wave at T2, and outputs ΔT = T1-T2 as the maximum delay time.

図1に示す遅延時間検出部114から得られた最大遅延時間ΔTをもとに、図1に示す信号生成部120では、一度に送信するデータフレームの長さTFが、最大遅延時間ΔT以下になるように、送信データ30からデータを抽出し、図4に示すような、データフレーム系列40を生成する。データフレーム系列40は、フレーム先頭に位置するフレーム同期系列41と、後述する適応等化器220のタップ係数初期化に使われるトレーニング系列45と、送信データ30から抽出されたデータ系列43と、フレーム末尾に位置するフレーム同期系列42とから構成されている。確実な同期を行うために、フレーム同期系列41とトレーニング系列45との間や、データ系列43とフレーム同期系列42との間には、ポーズ44を挿入してもよい。   Based on the maximum delay time ΔT obtained from the delay time detection unit 114 shown in FIG. 1, in the signal generation unit 120 shown in FIG. 1, the length TF of the data frame transmitted at a time is less than the maximum delay time ΔT. Thus, data is extracted from the transmission data 30, and a data frame sequence 40 as shown in FIG. 4 is generated. The data frame sequence 40 includes a frame synchronization sequence 41 located at the head of the frame, a training sequence 45 used for initializing tap coefficients of the adaptive equalizer 220 described later, a data sequence 43 extracted from the transmission data 30, a frame It consists of a frame synchronization sequence 42 located at the end. In order to perform reliable synchronization, a pause 44 may be inserted between the frame synchronization sequence 41 and the training sequence 45 or between the data sequence 43 and the frame synchronization sequence 42.

信号生成部120は、このようにして生成したデータフレーム系列を最大遅延時間ΔT以上の間隔TIで、次々と変調部121に出力する。即ち、信号生成部120からは、図5に示すようなタイミングで、データフレーム系列40が出力される。   The signal generation unit 120 outputs the data frame sequence generated in this way to the modulation unit 121 one after another at an interval TI equal to or greater than the maximum delay time ΔT. That is, the data frame sequence 40 is output from the signal generation unit 120 at the timing shown in FIG.

なお、最大遅延時間ΔTが非常に長い場合には、図6のように、データフレーム長さTFが最大遅延時間ΔTの1/2以下になるように、送信データ30からデータを抽出し、2つのデータフレーム系列40を最大遅延時間ΔT以上の間隔TIで出力するようにしてもよい。同様に、3つ以上のデータフレーム系列40を、最大遅延時間ΔT以上の間隔TIで出力するようにしてもよい。これによって、フレーム同期や等化の精度が向上し、伝送誤差を低減することができる。   When the maximum delay time ΔT is very long, data is extracted from the transmission data 30 so that the data frame length TF is ½ or less of the maximum delay time ΔT as shown in FIG. One data frame sequence 40 may be output at an interval TI equal to or greater than the maximum delay time ΔT. Similarly, three or more data frame sequences 40 may be output at an interval TI equal to or greater than the maximum delay time ΔT. This improves the accuracy of frame synchronization and equalization, and can reduce transmission errors.

変調部121で変調された変調信号は、D/A変換器122でデジタル信号からアナログ信号に変換され、送信アンプ123で増幅された後、送波器100で音響パワーに変換されて水中へ送信される。水中へ送信された信号は、水上局20に備えられた受波器200で受信され、受信アンプ211で増幅された後に、低域通過フィルタ(LPF)212を介して、A/D変換器213でアナログ信号からデジタル信号に変換される。ここで、低域通過フィルタ(LPF)212のカットオフ周波数は、A/D変換器213のサンプリング周波数から決まるナイキスト周波数とすればよい。   The modulation signal modulated by the modulation unit 121 is converted from a digital signal to an analog signal by the D / A converter 122, amplified by the transmission amplifier 123, converted to acoustic power by the transmitter 100, and transmitted to the water. Is done. The signal transmitted to the water is received by the receiver 200 provided in the surface station 20, amplified by the reception amplifier 211, and then passed through the low-pass filter (LPF) 212 to the A / D converter 213. In this way, an analog signal is converted into a digital signal. Here, the cutoff frequency of the low-pass filter (LPF) 212 may be a Nyquist frequency determined from the sampling frequency of the A / D converter 213.

変換されたデジタル信号は、デジタル自動ゲイン制御回路(AGC)214でスケーリングされ、帯域外雑音を除去するために帯域通過フィルタ(BPF)215に入力される。帯域通過フィルタ(BPF)215を通過した受信信号は、次にフレーム同期部216に入力される。   The converted digital signal is scaled by a digital automatic gain control circuit (AGC) 214 and input to a band pass filter (BPF) 215 to remove out-of-band noise. The received signal that has passed through the band pass filter (BPF) 215 is then input to the frame synchronization unit 216.

フレーム同期部216では、データフレーム系列40のフレーム同期系列41とフレーム同期系列を相関処理によって検出し、データフレーム系列40のフレーム同期系列41との間に挟まれたトレーニング系列45とデータ系列43ヲ抽出して、復調部218に出力する。シンボル長検出部217は、フレーム同期部216での相関処理の結果を参照し、抽出したトレーニング系列45とデータ系列43に含まれるシンボル数を演算する。データ系列43が正しく抽出されるか否かは、フレーム同期の精度に依存するため、フレーム同期系列41やフレーム同期系列42では、バーカー(Barker)符号かM系列符号のように鋭い相関関数を有するものを使用するのが望ましい。   In the frame synchronization unit 216, the frame synchronization sequence 41 and the frame synchronization sequence of the data frame sequence 40 are detected by correlation processing, and the training sequence 45 and the data sequence 43 sandwiched between the frame synchronization sequence 41 of the data frame sequence 40 are detected. Extracted and output to the demodulator 218. The symbol length detection unit 217 calculates the number of symbols included in the extracted training sequence 45 and data sequence 43 with reference to the correlation processing result in the frame synchronization unit 216. Whether or not the data sequence 43 is correctly extracted depends on the accuracy of the frame synchronization. Therefore, the frame synchronization sequence 41 and the frame synchronization sequence 42 have a sharp correlation function like a Barker code or an M sequence code. It is desirable to use something.

復調部218で復調された信号はシンボル長検出部217から求められたシンボル数に相当する長さ分だけ、デシメータ219で適応等化器220のタップ間隔T/m(但し、mは自然数)にダウンサンプルされ、適応等化器220に入力される。適応等化器220は、トレーニング系列45を用いてタップ係数の初期化を行い、データ系列43を等化して受信データ31を出力する。適応等化器220は、線形適応等化器を用いてもよいが、望ましくは判定帰還形適応等化器を用いた方が、推定精度がよく、トレーニング系列45によるトレーニング回数も少なくすることができる。   The signal demodulated by the demodulator 218 has a tap interval T / m (where m is a natural number) of the adaptive equalizer 220 by the decimator 219 by the length corresponding to the number of symbols obtained from the symbol length detector 217. Downsampled and input to the adaptive equalizer 220. The adaptive equalizer 220 initializes the tap coefficients using the training sequence 45, equalizes the data sequence 43, and outputs the reception data 31. The adaptive equalizer 220 may be a linear adaptive equalizer. Preferably, the decision feedback type adaptive equalizer has better estimation accuracy and the number of trainings by the training sequence 45 may be reduced. it can.

ここで、適応等化器220の動作について説明する。適応等化器220のタップ間隔をT/m(但し、mは自然数)、タップ数をnとすると、適応等化器220では、直接波が到来してからT・n/m以内に到来する遅延波による符号間干渉は等化の対象になるが、T・n/m以上経てから後に到来する遅延波は、等化ができない。   Here, the operation of the adaptive equalizer 220 will be described. When the tap interval of adaptive equalizer 220 is T / m (where m is a natural number) and the number of taps is n, adaptive equalizer 220 arrives within T · n / m after the direct wave arrives. Intersymbol interference due to a delayed wave is an object of equalization, but a delayed wave that arrives after T · n / m or more cannot be equalized.

即ち、図3に示したような、直接波が到来した時刻T1から約380シンボル遅れて到来する時刻T2の遅延波を等化の対象とするには、適応等化器220に少なくとも380タップ以上のタップ数がなければならない。等化精度を向上させるためにmを大きくしたり、伝送速度を早くするためにシンボルレートTを大きくすると、数千タップ以上のタップ数を必要としなければならず、実時間での処理が困難になる。   That is, as shown in FIG. 3, in order to equalize the delayed wave at time T2 that arrives at a delay of about 380 symbols from the time T1 when the direct wave arrives, the adaptive equalizer 220 has at least 380 taps or more. There must be a number of taps. If m is increased in order to improve equalization accuracy or the symbol rate T is increased in order to increase the transmission speed, the number of taps of several thousand taps or more must be required, which makes real-time processing difficult. become.

従って、図9のような水中通信では、破線のパスRsに沿って到来する遅延波は適応等化器220によって等化できるが、一点鎖線のパスRb1や二点鎖線のパスRb2に沿って到来する遅延波は等化処理が困難であり、通信の安定性を劣化させる要因となる。以下、図7、図8を用いて、データフレーム系列の長さと通信の安定性について説明する。   Therefore, in the underwater communication as shown in FIG. 9, the delayed wave arriving along the broken-line path Rs can be equalized by the adaptive equalizer 220, but arrives along the one-dot chain line Rb1 and the two-dot chain line Rb2. The delayed wave is difficult to equalize and causes deterioration in communication stability. Hereinafter, the length of the data frame sequence and the stability of communication will be described with reference to FIGS.

図7は、本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水上局の判定帰還形適応等化器の等化誤差関数の一例を示す特性図である。図7において、縦軸は平均二乗誤差を示し、横軸はシンボルレートTで正規化した時間を示す。   FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of an equalization error function of the decision feedback type adaptive equalizer of the surface station used in the underwater communication system of the embodiment of the present invention. In FIG. 7, the vertical axis represents the mean square error, and the horizontal axis represents the time normalized by the symbol rate T.

図8は、本発明の実施例の方式、従来方式にいての、判定帰還形適応等化器から出力される4位相偏移変調受信データの受信点配置図である。図8(a)は従来方式による結果、図8(b)は本発明の実施例の方式による結果を示す。図8(a)、図8(b)は、受信点の複素面での配置を示し、実数部Reは位相が同じである同相成分を示し、虚数部Imは直交成分を示す。   FIG. 8 is a reception point arrangement diagram of four-phase shift key modulation reception data output from the decision feedback adaptive equalizer in the system of the embodiment of the present invention and the conventional system. FIG. 8A shows the result obtained by the conventional method, and FIG. 8B shows the result obtained by the method of the embodiment of the present invention. 8A and 8B show the arrangement of the reception points on the complex plane, the real part Re shows the in-phase component having the same phase, and the imaginary part Im shows the quadrature component.

図7は、適応等化器220に判定帰還形適応等化器を用いた場合の、判定帰還形適応等化器の等化誤差関数の一例を示した特性図である。ここで、雑音のない伝送路の特性は図10の場合と同じであり、判定帰還形適応等化器のフィードフォワードフィルタにおけるタップ数を8、タップ間隔をT/2とし、フィードバックフィルタにおけるタップ数を3、タップ間隔をTとした。また、変調方式は4位相偏移変調方式とし、1ビット当たりの信号エネルギー対雑音電力比を12dBとした。図7から明らかなように、1500シンボル分のデータフレーム系列に対し、遅延波A2(図10(b)参照)の影響は除去されるが、遅延波B1、B2(図10(c)参照)が干渉する時間以後は、等化誤差が非常に大きくなっている。
図8から明らかなように、本発明の実施例の水中通信方式では、安定したエラーの少ない水中通信が可能になることがわかる。
FIG. 7 is a characteristic diagram showing an example of the equalization error function of the decision feedback adaptive equalizer when a decision feedback adaptive equalizer is used as the adaptive equalizer 220. Here, the characteristics of the transmission path without noise are the same as those in FIG. 10, and the number of taps in the feedforward filter of the decision feedback adaptive equalizer is 8, the tap interval is T / 2, and the number of taps in the feedback filter. 3 and the tap interval T. The modulation method was a four-phase shift keying method, and the signal energy to noise power ratio per bit was 12 dB. As is apparent from FIG. 7, the influence of the delayed wave A2 (see FIG. 10B) is removed from the data frame sequence for 1500 symbols, but the delayed waves B1 and B2 (see FIG. 10C) After the time of interference, the equalization error becomes very large.
As is apparent from FIG. 8, it is understood that the underwater communication system according to the embodiment of the present invention enables stable underwater communication with few errors.

上述の例の判定帰還形適応等化器では、直接波の到来時刻から3シンボル分の遅れまでの遅延波までが等化できるため、図10(b)の遅延波A2の符号間干渉は除去できるが、図10(c)の遅延波については等化できない。従って、直接波が到来してから3シンボル以上遅れて到来する遅延波に対して、最大遅延時間ΔTを検出すればよい。即ち、水上局20が、mを自然数、Tをシンボルレートとして、タップ間隔T/m、タップ数nの、受信シンボルデータを等化する適応等化器220を備えている場合には、水中局10の遅延時間検出部114における許容遅延時間はT・n/m以上とすればよく、適応等化器220が、フィードバックフィルタのタップ数nbの判定帰還形適応等化器である場合には、水中局10の遅延時間検出部114における許容遅延時間はT・nb以上とすればよい。   In the decision feedback type adaptive equalizer of the above example, since the delay wave from the arrival time of the direct wave to the delay of 3 symbols can be equalized, the intersymbol interference of the delay wave A2 in FIG. However, the delayed wave in FIG. 10C cannot be equalized. Therefore, the maximum delay time ΔT may be detected for a delayed wave that arrives with a delay of 3 symbols or more after the direct wave arrives. That is, when the floating station 20 includes an adaptive equalizer 220 that equalizes received symbol data with a tap interval T / m and a tap number n, where m is a natural number and T is a symbol rate, The allowable delay time in the delay time detector 114 of 10 may be T · n / m or more, and when the adaptive equalizer 220 is a decision feedback type adaptive equalizer having the number of feedback filter taps nb, The allowable delay time in the delay time detection unit 114 of the underwater station 10 may be T · nb or more.

このように本発明によれば、適応等化器220で等化できない、例えば、図9に示す、一点鎖線のパスRb1や二点鎖線のパスRb2に沿って到来する遅延波の最大遅延時間ΔTを検出し、送受信するデータフレーム系列40の長さをΔT以下にし、且つ、ΔT以上の間隔で送受信するため、直接波から比較的時間を経て到来する遅延波の符号間干渉の影響を避けることができ、安定した水中通信が可能になる。   As described above, according to the present invention, the maximum delay time ΔT of the delayed wave that cannot be equalized by the adaptive equalizer 220, for example, arrives along the alternate long and short dashed path Rb1 and the alternate long and two short dashed line Rb2 shown in FIG. Therefore, the length of the data frame sequence 40 to be transmitted / received is set to ΔT or less, and transmission / reception is performed at intervals of ΔT or more, so that the influence of intersymbol interference of delayed waves that arrive relatively directly from the direct wave is avoided. And stable underwater communication becomes possible.

本発明の水中通信システム及び水中通信方式は、水中における離れた2点間でデジタルデータの送受信を行うために利用され、主に浅海域において海底探査や海中環境を調査する水中航送体などの水中局と、海面上付近に浮遊した通信ブイなどの水上局との間でデジタルデータを送受信するために利用される。   The underwater communication system and the underwater communication system of the present invention are used for transmitting and receiving digital data between two distant points in the water, and are mainly used for underwater vehicles and the like for undersea exploration and investigation of the underwater environment in shallow water. It is used to send and receive digital data between the underwater station and a surface station such as a communication buoy floating near the sea surface.

本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の装置構成を示すブロック図。The block diagram which shows the apparatus structure of the underwater station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水上局の装置構成を示すブロック図。The block diagram which shows the apparatus structure of the water station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の相関処理部で得られる相関関数の一例を示した特性図。The characteristic view which showed an example of the correlation function obtained in the correlation processing part of the underwater station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられるデータフレーム系列の構成図。The block diagram of the data frame series used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の信号生成部から出力されるデータフレーム系列のタイミング図。The timing diagram of the data frame series output from the signal generation part of the underwater station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水中局の信号生成部から出力されるデータフレーム系列の別のタイミング図。The another timing diagram of the data frame series output from the signal generation part of the underwater station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の水中通信システムに用いられる水上局の判定帰還形適応等化器の等化誤差関数の一例を示した特性図。The characteristic view which showed an example of the equalization error function of the decision feedback type | mold adaptive equalizer of the surface station used for the underwater communication system of the Example of this invention. 本発明の実施例の方式、従来方式にいての、判定帰還形適応等化器から出力される4位相偏移変調受信データの受信点配置図。The receiving point arrangement | positioning figure of the 4-phase shift keying modulation | alteration data output from the decision feedback type | mold adaptive equalizer in the system of the Example of this invention, and a conventional system. 従来技術における、水中局と水上局からなる水中通信システムの超音波伝搬を説明するための説明図。Explanatory drawing for demonstrating the ultrasonic propagation of the underwater communication system which consists of an underwater station and a surface station in a prior art. 図9において、受波器200で受信されたパルスの時間的な応答を示したパルス応答波形図。In FIG. 9, a pulse response waveform diagram showing a temporal response of a pulse received by the receiver 200.

符号の説明Explanation of symbols

1…海面、2…海底、3…無線アンテナ、10…水中局、20…水上局、30…送信データ、31…受信データ、40…データフレーム系列、41、42…フレーム同期系列、43…データ系列、44…ポーズ、45…トレーニング系列、100…送波器、110…受波器、111、211…受信アンプ、112、213…A/D変換器、113…相関処理部、114…遅延時間検出部、120…信号生成部、121…変調部、122…D/A変換器、123…送信アンプ、200…受波器、212…低域通過フィルタ(LPF)、214…デジタル自動ゲイン制御回路(AGC)、215…帯域通過フィルタ(BPF)、216…フレーム同期部、217…シンボル長検出部、218…復調部、219…デシメータ、220…適応等化器。   DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Sea surface, 2 ... Submarine, 3 ... Radio antenna, 10 ... Underwater station, 20 ... Water station, 30 ... Transmission data, 31 ... Reception data, 40 ... Data frame series, 41, 42 ... Frame synchronization series, 43 ... Data Sequence, 44 ... pause, 45 ... training sequence, 100 ... transmitter, 110 ... receiver, 111, 211 ... reception amplifier, 112, 213 ... A / D converter, 113 ... correlation processing unit, 114 ... delay time Detection unit, 120 ... Signal generation unit, 121 ... Modulation unit, 122 ... D / A converter, 123 ... Transmission amplifier, 200 ... Receiver, 212 ... Low-pass filter (LPF), 214 ... Digital automatic gain control circuit (AGC), 215... Band pass filter (BPF), 216... Frame synchronization unit, 217... Symbol length detection unit, 218.

Claims (2)

超音波を伝送媒体として水上局と水中局との間でデジタルデータを送受信する水中通信システムにおいて、
前記水中局は、前記水上局から送信された既知の送信パルスを受信し、前記受信信号を電気信号に変換する受波器と、前記受波器から得られた信号と前記既知の送信パルスとの相関値を求める相関処理部と、前記相関値から直接波と遅延波との遅延時間を検出し、予め定められた許容遅延時間と予め定められた相関閾値とを超える遅延波の最大遅延時間を求める遅延時間検出部と、前記最大遅延時間を最大フレーム長として送信データのデータフレーム系列を生成し、前記最大遅延時間の間隔で前記データフレーム系列を出力する信号生成部と、前記信号生成部の出力によって変調された変調信号を生成する変調部と、前記変調信号をアナログ信号に変換するD/A変換器と、前記アナログ信号を増幅する送信アンプと、前記送信アンプの電気出力を音響パワーに変換して水中に送信する送波器とを具備することを特徴とする水中通信システム。
In an underwater communication system that transmits and receives digital data between a water station and an underwater station using ultrasonic waves as a transmission medium,
The underwater station receives a known transmission pulse transmitted from the surface station, converts the received signal into an electrical signal, a signal obtained from the receiver, and the known transmission pulse. A correlation processing unit for obtaining a correlation value of the delay wave, detecting a delay time between the direct wave and the delay wave from the correlation value, and a maximum delay time of the delay wave exceeding a predetermined allowable delay time and a predetermined correlation threshold A delay time detection unit for obtaining a data frame sequence of transmission data with the maximum delay time as a maximum frame length, and outputting the data frame sequence at an interval of the maximum delay time; and the signal generation unit A modulation unit that generates a modulation signal modulated by the output of the output, a D / A converter that converts the modulation signal into an analog signal, a transmission amplifier that amplifies the analog signal, and an electric power of the transmission amplifier Underwater communication system characterized by comprising a wave transmitter for transmitting into the water to convert the output into acoustic power.
請求項1に記載の水中通信システムにおいて、前記データフレーム系列は、フレーム先頭を表すフレーム同期系列Fsと、データ系列と、フレーム末尾を表すフレーム同期系列Feとから構成されており、前記データ系列は前記フレーム同期系列Fsと前記フレーム同期系列Feとの間に時間的に挟まれて位置しており、水上局は、前記フレーム同期系列Fsと前記フレーム同期系列Feとを検出して、前記データ系列の変調信号を抽出するフレーム同期部と、前記データ系列の変調信号に含まれるデータのシンボル長を求めるシンボル長検出部と、前記データ系列の変調信号を復調し、受信データを出力する復調部とを備えていることを特徴とする水中通信システム。The underwater communication system according to claim 1, wherein the data frame sequence includes a frame synchronization sequence Fs representing a frame head, a data sequence, and a frame synchronization sequence Fe representing a frame end, and the data sequence is The data station is located between the frame synchronization sequence Fs and the frame synchronization sequence Fe in time, and the water station detects the frame synchronization sequence Fs and the frame synchronization sequence Fe to detect the data sequence. A frame synchronization unit that extracts a modulation signal of the data sequence; a symbol length detection unit that calculates a symbol length of data included in the modulation signal of the data sequence; a demodulation unit that demodulates the modulation signal of the data sequence and outputs received data; An underwater communication system comprising:
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP4622548B2 (en) * 2005-02-02 2011-02-02 株式会社Ihi Underwater acoustic transmission method and underwater acoustic transmission apparatus
KR20120062587A (en) * 2010-12-06 2012-06-14 강릉원주대학교산학협력단 Apparatus and method for underwater wireless communications
CN102158290B (en) * 2011-02-22 2013-07-17 浙江工业大学 Underwater acoustic data transmission device
WO2013039222A1 (en) 2011-09-16 2013-03-21 国立大学法人東京海洋大学 Underwater communication system
JP2015046680A (en) * 2013-08-27 2015-03-12 日本電気株式会社 Transmitter, receiver, transmission method and reception method
JP6590170B2 (en) 2018-03-28 2019-10-16 パナソニックIpマネジメント株式会社 Underwater communication device and underwater communication system
KR102268063B1 (en) * 2018-12-14 2021-06-22 호서대학교 산학협력단 Underwater communication system adaptive to underwater environment
CN114337831B (en) * 2021-11-30 2023-11-03 南京邮电大学 Method and system for improving reliability of underwater blue-green laser communication

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