JP6888780B2 - Underwater receiver - Google Patents
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Description
この発明は、水中で音響通信を行う技術に関する。 The present invention relates to a technique for performing acoustic communication underwater.
データを送信する水中送信装置と、データを受信する水中受信装置との間で音響通信を行う場合、水中送信装置と水中受信装置との間の相対速度に応じて、送信されたデータにドップラーシフトが起こる。
ドップラーシフトの対策として、周波数分割多重化されたOFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)データを送受信する場合には、水中受信装置が、受信信号をA/D変換した後、相対速度に応じたドップラーシフト量に基づきデータ配列を変更するリサンプリング処理を行う方法が知られている。
When performing acoustic communication between an underwater transmitter that transmits data and an underwater receiver that receives data, Doppler shifts to the transmitted data according to the relative speed between the underwater transmitter and the underwater receiver. Occurs.
As a countermeasure against Doppler shift, when transmitting and receiving frequency division multiplexed OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) data, the underwater receiver performs A / D conversion of the received signal and then the amount of Doppler shift according to the relative speed. A method of performing resampling processing that changes the data sequence based on the above is known.
特許文献1には、水中で音響通信を行う音響通信技術について記載されている。特許文献1に記載された音響通信技術では、水中送信装置は、周波数が既知の正弦波信号である参照信号を、送信データとは異なる周波数帯で送信する。水中受信装置は、受信した参照信号の周波数と、参照信号の既知の周波数とからドップラーシフト量を求める。そして、水中受信装置は、求められたドップラーシフト量に基づき、送信データからドップラーシフトの影響を取り除く。これにより、品質の良い通信の実現が図られている。
水流の影響と、水中送信装置及び水中受信装置の揺れと等により、ドップラーシフト量が短い時間の間に変化している。そのため、短い時間におけるドップラーシフト量の変化を考慮して、ドップラーシフトの影響を取り除かなければ、品質の良い通信を実現できない。 The Doppler shift amount changes in a short period of time due to the influence of the water flow and the shaking of the underwater transmitter and the underwater receiver. Therefore, high-quality communication cannot be realized unless the influence of the Doppler shift is removed in consideration of the change in the Doppler shift amount in a short time.
ドップラーシフト量が短い時間の間に変化しているため、特許文献1に記載された音響通信技術では、参照信号についてのドップラーシフト量と、送信データについてのドップラーシフト量とが異なってしまう。そのため、送信データから適切にドップラーシフトの影響を取り除くことができない。
Since the Doppler shift amount changes in a short period of time, in the acoustic communication technique described in
この発明は、品質の良く水中で音響通信を行えるようにすることを目的とする。 An object of the present invention is to enable high quality underwater acoustic communication.
この発明に係る水中受信装置は、
水中でデータを受信する水中受信装置であり、
水中送信装置から送信された送信データを受信する受信部と、
複数の速度それぞれについて、その速度を前記水中送信装置と前記水中受信装置との相対速度として、前記相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき、前記受信部によって受信された送信データを復調することにより、複数の受信データを生成する受信データ生成部と、
前記受信データ生成部によって生成された複数の受信データのうち、品質の高い受信データを選択する受信データ選択部と
を備える。
The underwater receiver according to the present invention is
An underwater receiver that receives data underwater
A receiver that receives transmission data transmitted from the underwater transmitter,
For each of the plurality of speeds, the speed is set as the relative speed between the underwater transmitting device and the underwater receiving device, and the transmission data received by the receiving unit is demolished based on the Doppler shift amount caused by the relative speed. , Received data generator that generates multiple received data,
It includes a reception data selection unit that selects high-quality reception data from a plurality of reception data generated by the reception data generation unit.
この発明では、複数の速度それぞれを水中送信装置と前記水中受信装置との相対速度として、相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき送信データを復調し、複数の受信データを生成する。そして、複数の受信データのうち、品質の良い受信データを選択する。これにより、適切にドップラーシフトの影響を取り除くことができ、品質の良く水中で音響通信を行うことが可能である。 In the present invention, the transmission data is demodulated based on the Doppler shift amount caused by the relative speed, with each of the plurality of speeds as the relative speed between the underwater transmission device and the underwater reception device, and a plurality of reception data are generated. Then, the received data having good quality is selected from the plurality of received data. As a result, the influence of the Doppler shift can be appropriately removed, and high-quality underwater acoustic communication can be performed.
実施の形態1.
***構成の説明***
図1を参照して、実施の形態1に係る水中通信システム1の構成を説明する。
水中通信システム1は、水中送信装置10と、水中受信装置20とを備える。水中送信装置10は、送信データを送信する装置であり、水中受信装置20は、送信データを受信する装置である。なお、1つの装置が水中送信装置10と水中受信装置20との両方の機能を備えていてもよい。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the
The
水中送信装置10は、送信データ生成部11と、送信部12とを備える。送信データ生成部11は、OFDM変調部111と、データ加算切替部112とを備える。送信部12は、D/A変換部121(Digital to Analog変換部)と、送信アンプ122と、送波器123とを備える。
OFDM変調部111と、データ加算切替部112と、D/A変換部121と、送信アンプ122と、送波器123とは、回路又は装置といったハードウェア、あるいは、ソフトウェアで実現される。
The
The OFDM modulation unit 111, the data
水中受信装置20は、受信部21と、受信データ生成部22と、受信データ選択部23と、速度計測部24と、速度記録部25とを備える。受信部21は、受波器211と、受信アンプ212と、A/D変換部213(Analog to Digital変換部)とを備える。受信データ生成部22は、複数の生成処理部221を備える。各生成処理部221は、リサンプリング部222と、復調部223と、品質計測部224とを備える。
実施の形態1では、受信データ生成部22は、複数の生成処理部221として、速度Xノットに対応する生成処理部221Xと、速度X−Anノット〜速度X−A1ノットに対応する生成処理部221X−An〜生成処理部221X−A1と、速度X+Anノット〜速度X+A1ノットに対応する生成処理部221X+An〜生成処理部221X+A1との2n+1個の生成処理部221を備える。nは、1以上の整数である。以下の説明では、速度Xノットを中心速度と呼ぶ。また、各生成処理部221が対応する速度の間隔である速度Aノットを、基準間隔と呼ぶ。
受波器211と、受信アンプ212と、A/D変換部213と、リサンプリング部222と、復調部223と、品質計測部224と、受信データ選択部23と、速度計測部24と、速度記録部25とは、回路又は装置といったハードウェア、あるいは、ソフトウェアで実現される。
The
In the first embodiment, the reception data generation unit 22 is a plurality of generation processing units 221 such as a generation processing unit 221X corresponding to the speed X knot and a generation processing unit corresponding to the speed X-An knot to the speed X-A1 knot. It includes 2n + 1 generation processing units 221 of 221X-An to generation processing unit 221X-A1 and generation processing unit 221X + An to generation processing unit 221X + A1 corresponding to speed X + An knot to speed X + A1 knot. n is an integer of 1 or more. In the following description, the velocity X knot is referred to as the center velocity. Further, the speed A knot, which is the speed interval corresponding to each generation processing unit 221, is referred to as a reference interval.
The receiver 211, the
***動作の説明***
図2を参照して、実施の形態1に係る水中通信システム1の動作を説明する。
実施の形態1に係る水中送信装置10の動作は、実施の形態1に係る水中送信方法に相当する。また、実施の形態1に係る水中送信装置10の動作は、実施の形態1に係る水中送信プログラムの処理に相当する。
実施の形態1に係る水中受信装置20の動作は、実施の形態1に係る水中受信方法に相当する。また、実施の形態1に係る水中受信装置20の動作は、実施の形態1に係る水中受信プログラムの処理に相当する。
*** Explanation of operation ***
The operation of the
The operation of the
The operation of the underwater receiving
(ステップS1:参照信号送信処理)
送信データ生成部11は、参照信号である、事前に水中送信装置10と水中受信装置20との間で決められた周波数の正弦波データ31をそのまま送信データ34として生成する。
そして、送信部12は、送信データ34を音響信号として水中に送信する。具体的には、D/A変換部121は、送信データ生成部11によって生成された送信データ34をデジタルデータからアナログデータに変換する。送信アンプ122は、D/A変換部121によって変換されたアナログデータを増幅し、送波器123は、送信アンプ122によって増幅されたアナログデータである送信データ34を水中に送信する。
(Step S1: Reference signal transmission process)
The transmission
Then, the
(ステップS2:参照信号受信処理)
受信部21は、ステップS1で水中に送信された参照信号である送信データ34を受信する。具体的には、受波器211は、水中に送信された送信データ34を受信し、受信アンプ212は、受波器211で受信された送信データ34を増幅する。A/D変換部213は、受信アンプ212で増幅された送信データ34をアナログデータからデジタルデータに変換する。
(Step S2: Reference signal reception process)
The receiving
(ステップS3:速度計測処理)
速度計測部24は、ステップS2で変換された送信データ34の周波数と、事前に決められた周波数とからドップラーシフト量と、ドップラーシフト量の変化幅とを計測する。これにより、速度計測部24は、水中送信装置10と水中受信装置20との相対速度と、相対速度の変化幅とを計測する。
(Step S3: Speed measurement process)
The
(ステップS4:データ送信処理)
送信データ生成部11は、送信対象のデータ32から送信データ34を生成する。具体的には、OFDM変調部111は、データ32を周波数分割多重化により変調して、OFDMデータ33を生成する。データ加算切替部112は、OFDM変調部111によって生成されたOFDMデータ33と、正弦波データ31とを加算するなどして、送信データ34を生成する。
そして、送信部12は、送信データ34を音響信号として水中に送信する。送信部12が送信データ34を送信する具体的な方法は、ステップS1と同じである。
(Step S4: Data transmission process)
The transmission
Then, the
(ステップS5:データ受信処理)
受信部21は、ステップS4で水中に送信された送信データ34を受信する。受信部21が送信データ34を受信する具体的な方法は、ステップS2と同じである。
(Step S5: Data reception process)
The receiving
(ステップS6:受信データ生成処理)
受信データ生成部22は、複数の速度それぞれについて、その速度を水中送信装置10と水中受信装置20との相対速度として、相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき、ステップS5で受信部21によって受信された送信データ34を復調することにより、複数の受信データ35を生成する。
具体的には、受信データ生成部22は、ステップS3で計測された相対速度を中心速度とし、ステップS3で計算された相対速度の変化幅だけ中心速度の前後に変化するものとして基準速度範囲を定める。そして、受信データ生成部22は、基準速度範囲内で、中心速度(速度Xノット)から基準間隔(速度Aノット)ずつ速度をずらして得られるそれぞれの速度を相対速度として、送信データ34を復調する。
(Step S6: Received data generation process)
The reception data generation unit 22 receives the speeds of each of the plurality of speeds by the
Specifically, the reception data generation unit 22 sets the reference speed range on the assumption that the relative speed measured in step S3 is used as the center speed and the change width of the relative speed calculated in step S3 changes before and after the center speed. Determine. Then, the reception data generation unit 22 demotes the transmission data 34 with each speed obtained by shifting the speed from the center speed (speed X knot) by the reference interval (speed A knot) within the reference speed range as the relative speed. To do.
つまり、生成処理部221Xは、中心速度が相対速度であるとして、送信データ34を復調して、受信データ35Xを生成する。また、生成処理部221X−Anは、中心速度よりも速度A×nだけ遅い速度が相対速度であるとして、送信データ34を復調して、受信データ35X−Anを生成する。同様に、生成処理部221X−A(n−1)〜生成処理部221X−A1は、それぞれ、中心速度よりも速度A×(n−1)〜速度A×1だけ遅い速度が相対速度であるとして、送信データ34を復調して、受信データ35X−A(n−1)〜受信データ35X−A1を生成する。また、生成処理部221X+A1は、中心速度よりも速度A×1だけ早い速度が相対速度であるとして、送信データ34を復調して、受信データ35X+A1を生成する。同様に、生成処理部221X+A2〜生成処理部221X+Anは、それぞれ、中心速度よりも速度A×2〜速度A×nだけ早い速度が相対速度であるとして、送信データ34を復調して、受信データ35X+A2〜受信データ35X+Anを生成する。
この際、各生成処理部221のリサンプリング部222は、その生成処理部221に対応する相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき、リサンプリング処理を行う。復調部223は、リサンプリング部222によってリサンプリング処理された送信データ34を周波数分割多重化により復調して、受信データ35を生成する。復調部223は、生成された受信データ35についての品質を計測する。例えば、復調部223は、BER(Bit Error Rate)を計算する。
That is, the generation processing unit 221X demodulates the transmission data 34 and generates the reception data 35X, assuming that the center speed is the relative speed. Further, the generation processing unit 221X-An demodulates the transmission data 34 and generates the reception data 35X-An, assuming that the relative speed is a speed A × n slower than the center speed. Similarly, in the generation processing unit 221X-A (n-1) to the generation processing unit 221X-A1, the relative speed is a speed A × (n-1) to a speed A × 1 slower than the center speed, respectively. As the transmission data 34 is demodulated, the reception data 35X-A (n-1) to the reception data 35X-A1 are generated. Further, the generation processing unit 221X + A1 demodulates the transmission data 34 and generates the reception data 35X + A1, assuming that the relative speed is a speed A × 1 faster than the center speed. Similarly, the generation processing unit 221X + A2 and the generation processing unit 221X + An demodulate the transmission data 34, assuming that the relative speed is a speed A × 2 to a speed A × n faster than the center speed, respectively, and receive data 35X + A2. ~ Generates received data 35X + An.
At this time, the
(ステップS7:受信データ選択処理)
受信データ選択部23は、ステップS6で生成された複数の受信データ35のうち、品質の最も良い受信データ35を選択して、出力する。
受信データ選択部23は、選択された受信データ35を復調した際に使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度を、前回速度として速度記録部25に記憶する。
(Step S7: Received data selection process)
The reception
The reception
送信対象のデータ32が残っている場合には、水中送信装置10側ではステップS4の処理が再び実行され、水中受信装置20側ではステップS5からステップS7の処理が再び実行される。この際、ステップS6では、受信データ生成部22は、直近のステップS7で速度記録部25に記憶された前回速度を中心速度として扱う。
When the data 32 to be transmitted remains, the process of step S4 is executed again on the
***実施の形態1の効果***
以上のように、実施の形態1に係る水中通信システム1は、複数の速度それぞれを水中送信装置10と水中受信装置20との相対速度として、相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき送信データを復調し、複数の受信データ35を生成する。そして、複数の受信データ35のうち、品質の良い受信データ35を選択する。これにより、水流の影響と、水中送信装置及び水中受信装置の揺れと等により、ドップラーシフト量が短い時間の間に変化している場合であっても、適切にドップラーシフトの影響を取り除くことができ、水中で品質の良い音響通信を行うことが可能である。
*** Effect of
As described above, the
***他の構成***
<変形例1>
受信データ生成部22は、通信変調方式に応じて、基準間隔、つまり速度Aノットの値を決定してもよい。通信変調方式とは、64QAM(Quadrature Amplitude Modulation)、16QAM、QPSK(Quadrature Phase Shift Keying)等である。
図3に示す条件の下でシミュレーションを行った結果、図4に示す結果が得られた。図4に示すように、最大周波数60kHzの場合には、64QAMでは、0.15ノット以下の相対速度分解能が必要である。16QAMでは、0.3ノット以下の相対速度分解能が必要である。QPSKでは、0.65以下の相対速度分解能が必要である。
したがって、送信周波数の上限を変更した場合、相対速度分解能=送信最大周波数が60kHz時の相対速度分解能/{(送信最大周波数)/(60kHz)}となる。
*** Other configurations ***
<Modification example 1>
The reception data generation unit 22 may determine the reference interval, that is, the value of the speed A knot, according to the communication modulation method. The communication modulation method includes 64QAM (Quadrature Amplitude Modulation), 16QAM, QPSK (Quadrature Phase Shift Keying) and the like.
As a result of performing the simulation under the conditions shown in FIG. 3, the result shown in FIG. 4 was obtained. As shown in FIG. 4, in the case of a maximum frequency of 60 kHz, 64QAM requires a relative velocity resolution of 0.15 knots or less. 16QAM requires a relative velocity resolution of 0.3 knots or less. QPSK requires a relative velocity resolution of 0.65 or less.
Therefore, when the upper limit of the transmission frequency is changed, the relative speed resolution = the relative speed resolution when the maximum transmission frequency is 60 kHz / {(maximum transmission frequency) / (60 kHz)}.
<変形例2>
水中送信装置10は、送信データ34の通信の品質を計測するノイズ計測部を備えてもよい。ノイズ計測部は、ステップS2で受信された送信データ34の品質を計測する。具体的には、ノイズ計測部は、ステップS2で受信された送信データ34のC/N比を計測する。
ノイズ計測部は、測定された送信データ34の品質が第1基準品質よりも悪い場合には、水中送信装置10にステップ1の参照信号送信処理の再実行を依頼する。第1基準品質は、例えば、C/N比が6dBである。これにより、ステップS3で相対速度を精度よく計測することが可能である。
また、ノイズ計測部は、測定された送信データ34の品質が第1基準品質よりも悪い場合には、水中送信装置10に異なった複数の周波数で同時に送信データ34を送信するように指示してもよい。いずれかの周波数での通信の品質が悪い場合でも、他の周波数での通信の品質が良い場合がある。そのため、品質の良い通信を実現できる。
<Modification 2>
The
When the quality of the measured transmission data 34 is worse than the first reference quality, the noise measurement unit requests the
Further, when the quality of the measured transmission data 34 is worse than the first reference quality, the noise measurement unit instructs the
<変形例3>
受信データ生成部22は、ステップS7で受信データ選択部23によって選択された受信データ35を復調した際に使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度と、基準速度範囲の下限速度又は上限速度との速度差が、差分閾値以内である場合には、基準速度範囲を広くしてもよい。
具体例としては、選択された受信データ35を復調した際に使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度が、“中心速度+((速度A×n)×0.5)”よりも速い場合と、“中心速度−((速度A×n)×0.5)”よりも遅い場合とには、受信データ生成部22は、基準速度範囲を広くしてもよい。つまり、リサンプリング処理で得られた相対速度の最適値の変動が±(A×n)ノットの50%を超える場合には、基準速度範囲を広くしてもよい。
これにより、計算量は増えるものの、品質の良い通信を実現することが可能になる。
<Modification example 3>
The reception data generation unit 22 has a relative speed according to the Doppler shift amount used when demodulating the reception data 35 selected by the reception
As a specific example, when the relative speed according to the Doppler shift amount used when demodulating the selected received data 35 is faster than "center speed + ((speed A x n) x 0.5)". And, when it is slower than "center speed-((speed A x n) x 0.5)", the reception data generation unit 22 may widen the reference speed range. That is, when the fluctuation of the optimum value of the relative speed obtained by the resampling process exceeds 50% of ± (A × n) knots, the reference speed range may be widened.
This makes it possible to realize high-quality communication, although the amount of calculation increases.
また、受信データ生成部22は、選択された受信データ35を復調した際に使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度と、中心速度との速度差が、差分閾値以内である場合には、基準速度範囲を狭くしてもよい。つまり、受信データ生成部22は、使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度と、中心速度との速度差が小さい場合には、基準速度範囲を狭くしてもよい。
これにより、計算量を減らすことが可能になる。
Further, when the speed difference between the relative speed according to the Doppler shift amount used when the selected received data 35 is demodulated and the center speed is within the difference threshold, the reception data generation unit 22 determines. The reference speed range may be narrowed. That is, the reception data generation unit 22 may narrow the reference speed range when the speed difference between the relative speed according to the used Doppler shift amount and the center speed is small.
This makes it possible to reduce the amount of calculation.
<変形例4>
速度計測部24は、ステップS7で受信データ選択部23によって選択された受信データ35の品質が第1基準品質よりも悪い場合には、相対速度を再計測してもよい。
つまり、受信データ生成部22は、直近のステップS7で速度記録部25に記憶された前回速度を中心速度として扱わず、改めて速度計測部24によって計測された相対速度を中心速度として扱うようにしてもよい。この場合、速度計測部24から水中送信装置10にステップ1の参照信号送信処理の再実行を依頼し、水中送信装置10に参照信号を再送信してもらえばよい。
これにより、相対速度が大きく変化し通信の品質が低下した場合に、品質の悪い状態での通信が続くことを防止することが可能になる。
<Modification example 4>
If the quality of the received data 35 selected by the received
That is, the reception data generation unit 22 does not treat the previous speed stored in the
As a result, when the relative speed changes significantly and the communication quality deteriorates, it is possible to prevent the communication in a poor quality state from continuing.
<変形例5>
実施の形態1では、事前に決められた周波数の正弦波データ31を参照信号として用いた。しかし、相対速度の変動が少ない場合には、正弦波データ31に代えて、データ32の一部である既知のプリアンブルデータを参照信号として用いてもよい。
これにより、正弦波データ31を通信する必要がなくなる。
<Modification 5>
In the first embodiment, the sine wave data 31 having a predetermined frequency is used as a reference signal. However, when the fluctuation of the relative velocity is small, the known preamble data which is a part of the data 32 may be used as the reference signal instead of the sine wave data 31.
This eliminates the need to communicate the sine wave data 31.
<変形例6>
強いマルチパスが発生している環境では、特定の周波数特性が劣化する周波数選択性フェージングが発生することが知られている。周波数選択性フェージングが発生すると、正弦波データ31のC/N比が低下し、相対速度の測定精度が低下する場合がある。そこで、正弦波データ31に代えて、周波数拡散された信号である、既知のOFDM変調されたパイロット信号を参照信号として用いてもよい。
これにより、周波数選択性フェージングが発生している場合であっても、相対速度の測定精度をある程度の高さに保つことができる。
<Modification 6>
It is known that in an environment where strong multipath is generated, frequency selective fading that deteriorates a specific frequency characteristic occurs. When frequency selective fading occurs, the C / N ratio of the sinusoidal data 31 may decrease, and the measurement accuracy of the relative velocity may decrease. Therefore, instead of the sine wave data 31, a known OFDM-modulated pilot signal, which is a frequency-spread signal, may be used as a reference signal.
As a result, the measurement accuracy of the relative velocity can be maintained at a certain level even when the frequency selective fading occurs.
<変形例7>
水中受信装置20は、さらに、送信データ34のデータ長と、変調方式との少なくともいずれかを切り替える通信指示部を備えてもよい。
<Modification 7>
The
通信指示部は、ステップS7で受信データ選択部23によって選択された受信データ35の品質が第1基準品質よりも悪い場合には、水中送信装置10に対して、次に送信する送信データのデータ長を短くすることと、変調方式を速度の遅い方式にすることとの少なくともいずれかを指示する。
変調方式を速度の遅い方式にするとは、例えば、変調方式が64QAMの場合には、変調方式を16QAMにし、変調方式が16QAMの場合には、変調方式をQPSKにすることである。
When the quality of the received data 35 selected by the received
To make the modulation method slower, for example, when the modulation method is 64QAM, the modulation method is 16QAM, and when the modulation method is 16QAM, the modulation method is QPSK.
また、通信指示部は、ステップS7で受信データ選択部23によって選択された受信データ35の品質が第1基準品質以上の品質である第2基準品質よりも良い場合には、水中送信装置10に対して、次に送信する送信データのデータ長を長くすることと、変調方式を速度の速い方式にすることとの少なくともいずれかを指示する。
変調方式を速度の速い方式にするとは、例えば、変調方式がQPSKの場合には、変調方式を16QAMにし、変調方式が64QAMの場合には、変調方式を16QAMにすることである。
Further, when the quality of the received data 35 selected by the received
To make the modulation method a high-speed method, for example, when the modulation method is QPSK, the modulation method is set to 16QAM, and when the modulation method is 64QAM, the modulation method is set to 16QAM.
実施の形態2.
実施の形態2では、事前に相対速度の測定を行わない点が実施の形態1と異なる。実施の形態2では、この異なる点を説明し、同一の点については説明を省略する。
Embodiment 2.
The second embodiment is different from the first embodiment in that the relative velocity is not measured in advance. In the second embodiment, these different points will be described, and the same points will be omitted.
実施の形態1では、まず水中送信装置10と水中受信装置20との相対速度を測定し、測定された相対速度を中心速度としてデータ32を含む送信データ34を復調した。しかし、水中送信装置10と水中受信装置20との距離が固定、あるいは、相対速度が低速であることが分かっている場合がある。この場合には、水中送信装置10と水中受信装置20との相対速度は0として扱うことができる。
In the first embodiment, the relative speed between the
変形例1で説明した通り、図4に示すように、最大周波数60kHzの場合には、64QAMでは、0.15ノット以下の相対速度分解能が必要である。16QAMでは、0.3ノット以下の相対速度分解能が必要である。QPSKでは、0.65以下の相対速度分解能が必要である。
揺らぎを、相対速度分解能の4〜10倍とし、相対速度が低速であるという条件を、相対速度分解能の2〜5倍とすると、送信周波数の上限を変更した場合、相対速度分解能=送信最大周波数が60kHz時の相対速度分解能/{(送信最大周波数)/(60kHz)}となる。
As described in the first modification, as shown in FIG. 4, in the case of a maximum frequency of 60 kHz, a relative velocity resolution of 0.15 knot or less is required at 64QAM. 16QAM requires a relative velocity resolution of 0.3 knots or less. QPSK requires a relative velocity resolution of 0.65 or less.
Assuming that the fluctuation is 4 to 10 times the relative speed resolution and the condition that the relative speed is low is 2 to 5 times the relative speed resolution, when the upper limit of the transmission frequency is changed, the relative speed resolution = the maximum transmission frequency. Is the relative velocity resolution at 60 kHz / {(maximum transmission frequency) / (60 kHz)}.
***構成の説明***
図5を参照して、実施の形態2に係る水中通信システム1の構成を説明する。
水中送信装置10の送信データ生成部11がデータ加算切替部112を備えていない点が、図1に示す水中送信装置10と異なる。また、水中受信装置20が速度計測部24及び速度記録部25を備えていない点が、図1に示す水中受信装置20と異なる。
*** Explanation of configuration ***
The configuration of the
It differs from the
***動作の説明***
図6を参照して、実施の形態2に係る水中通信システム1の動作を説明する。
ステップS11からステップS14の処理は、図2のステップS4からステップS7の処理に相当する。但し、ステップS13では、中心速度を0ノットとする。
*** Explanation of operation ***
The operation of the
The processing of steps S11 to S14 corresponds to the processing of steps S4 to S7 of FIG. However, in step S13, the center speed is set to 0 knots.
***実施の形態2の効果***
以上のように、実施の形態2では、水中送信装置10と水中受信装置20との距離が固定、あるいは、相対速度が低速であることが分かっている場合には、事前の相対速度の計測を行うことなく、水中で品質の良い音響通信を行うことが可能である。
*** Effect of Embodiment 2 ***
As described above, in the second embodiment, when the distance between the
1 水中通信システム、10 水中送信装置、11 送信データ生成部、111 OFDM変調部、112 データ加算切替部、12 送信部、121 D/A変換部、122 送信アンプ、123 送波器、20 水中受信装置、21 受信部、211 受波器、212 受信アンプ、213 A/D変換部、22 受信データ生成部、221 生成処理部、222 リサンプリング部、223 復調部、224 品質計測部、23 受信データ選択部、24 速度計測部、25 速度記録部、31 正弦波データ、32 データ、33 OFDMデータ、34 送信データ、35 受信データ。 1 Underwater communication system, 10 Underwater transmitter, 11 Transmission data generator, 111 OFDM modulator, 112 Data addition switching unit, 12 Transmitter, 121 D / A converter, 122 Transmitter amplifier, 123 Transmitter, 20 Underwater reception Equipment, 21 receiver, 211 receiver, 212 receiver amplifier, 213 A / D conversion unit, 22 reception data generation unit, 221 generation processing unit, 222 resampling unit, 223 demodulation unit, 224 quality measurement unit, 23 reception data Selection unit, 24 speed measurement unit, 25 speed recording unit, 31 sine wave data, 32 data, 33 OFDM data, 34 transmission data, 35 reception data.
Claims (11)
水中送信装置から送信された送信データを受信する受信部と、
複数の速度それぞれについて、その速度を前記水中送信装置と前記水中受信装置との相対速度として、前記相対速度に起因するドップラーシフト量に基づき、前記受信部によって受信された送信データを復調することにより、複数の受信データを生成する受信データ生成部と、
前記受信データ生成部によって生成された複数の受信データのうち、品質の高い受信データを選択する受信データ選択部と
を備える水中受信装置。 An underwater receiver that receives data underwater
A receiver that receives transmission data transmitted from the underwater transmitter,
For each of the plurality of speeds, the speed is set as the relative speed between the underwater transmitting device and the underwater receiving device, and the transmission data received by the receiving unit is demolished based on the Doppler shift amount caused by the relative speed. , Received data generator that generates multiple received data,
An underwater receiver including a reception data selection unit that selects high-quality reception data from a plurality of reception data generated by the reception data generation unit.
請求項1に記載の水中受信装置。 The first aspect of claim 1, wherein the received data generation unit demodulates the transmitted data with each speed obtained by shifting the speed by a reference interval within a reference speed range having a certain speed as the center speed as the relative speed. Underwater receiver.
参照信号に基づき前記水中送信装置と前記水中受信装置との相対速度を計測する速度計測部
を備え、
前記受信データ生成部は、前記速度計測部によって計測された相対速度を、前記中心速度とする
請求項2に記載の水中受信装置。 The underwater receiver further
A speed measuring unit for measuring the relative speed between the underwater transmitting device and the underwater receiving device based on a reference signal is provided .
Before Symbol receiving data generation unit, the relative velocity measured by the speed measuring unit, underwater receiving device according to claim 2, the central speed.
前記受信データ生成部は、前記受信データ選択部によって選択された受信データを復調した際に使用されたドップラーシフト量に応じた相対速度を、次の送信データを復調する際の前記中心速度とする
請求項2又は3に記載の水中受信装置。 The receiving unit receives a plurality of transmission data from the underwater transmission device, and receives a plurality of transmission data.
The reception data generation unit sets a relative speed according to the Doppler shift amount used when demodulating the reception data selected by the reception data selection unit as the center speed when demodulating the next transmission data. The underwater receiver according to claim 2 or 3.
請求項2に記載の水中受信装置。 The underwater receiving device according to claim 2, wherein the receiving data generation unit has the central speed as 0.
請求項2から5までのいずれか1項に記載の水中受信装置。 The underwater receiving device according to any one of claims 2 to 5, wherein the receiving data generation unit determines the reference interval according to the communication modulation method.
請求項2から6までのいずれか1項に記載の水中受信装置。 The received data generation unit has a speed difference between a relative speed according to the Doppler shift amount used when demodulating the received data selected by the received data selection unit and a lower limit speed or an upper limit speed of the reference speed range. However, when the difference is within the difference threshold, the underwater receiving device according to any one of claims 2 to 6 for widening the reference speed range.
請求項3に記載の水中受信装置。 The underwater receiving device according to claim 3, wherein the speed measuring unit remeasures the relative speed when the quality of the received data selected by the received data selection unit is worse than the first reference quality.
請求項3に記載の水中受信装置。 The underwater receiver according to claim 3, wherein the reference signal is a part of the transmission data.
請求項3に記載の水中受信装置。 The underwater receiver according to claim 3, wherein the reference signal is a frequency-spread signal.
前記受信データ選択部によって選択された受信データの品質が第1基準品質よりも悪い場合には、前記水中送信装置に対して、次に送信する送信データのデータ長を短くすることと、変調方式を速度の遅い方式にすることとの少なくともいずれかを指示し、前記受信データ選択部によって選択された受信データの品質が前記第1基準品質以上の第2基準品質よりも良い場合には、前記水中送信装置に対して、次に送信する送信データのデータ長を長くすることと、変調方式を速度の速い方式にすることとの少なくともいずれかを指示する通信指示部
を備える請求項1から10までのいずれか1項に記載の水中受信装置。 The underwater receiver further
When the quality of the received data selected by the received data selection unit is worse than the first reference quality, the data length of the transmitted data to be transmitted next to the underwater transmission device is shortened, and a modulation method is used. If the quality of the received data selected by the received data selection unit is better than the second standard quality equal to or higher than the first standard quality, the above is indicated. Claims 1 to 10 include a communication instruction unit that instructs the underwater transmission device to at least one of increasing the data length of the transmission data to be transmitted next and changing the modulation method to a high-speed method. The underwater receiver according to any one of the items up to.
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