專利名稱:適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域:
本實用新型屬于無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。
背景技術(shù):
水下通訊對于水下探測工作有著十分重要而特殊的意義。 現(xiàn)有技術(shù)中,水下探測技術(shù)通常分為三種其一為潛水員的人工操作,現(xiàn)階段水底光纜的探測,光纜維護,水庫大壩的探測與維護,跨水橋梁的探測與維護,沉船探測與打撈,港口水下警戒反恐,海洋鉆井平臺的警戒反恐,江河、湖泊、海洋底部探測與考察,這些探測活動大部分通過潛水員的人工操作完成。人工操作有兩大難以回避的問題,一則潛水員人數(shù)有限,難以及時展開探測工作;二則操作風(fēng)險極高,極易危及潛水員的生命安全;其二為用電纜連接的深水通訊設(shè)備,這種探測方式降低了水下航行體的機動性,使探測的實際效果受到極大的限制;其三為水下機器人,對于超過500米的水深區(qū)域的探測,潛水員的人工操作和電纜連接的深水通訊設(shè)備均無法實現(xiàn),因此必須借助水下機器人才能開展,但由于水下機器人造價過高,只有特種行業(yè)及軍事用途時才有財力可用,一般行業(yè)則只能望洋興嘆。由于上述三種技術(shù)均存在著難以克服的缺陷,因此使得需要水下探測和維護的企業(yè)往往由于不能及時發(fā)現(xiàn)安全隱患而造成安全事故、進而造成不可估量的財產(chǎn)損失。但由于深水無線傳輸不同于地面無線傳輸,電磁波在水中是難以傳輸?shù)模虼巳绾屋^好地實現(xiàn)深水通訊設(shè)備的無線傳輸問題是一個十分迫切地需要解決的技術(shù)問題。
實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是提供一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其不但結(jié)構(gòu)簡單,投入成本低,而且能夠較好地實現(xiàn)深水通訊設(shè)備在水下的無線傳輸問題,同時數(shù)據(jù)傳輸速率高,通訊質(zhì)量高。為實現(xiàn)上述目的,本實用新型采用了以下技術(shù)方案一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),本傳輸系統(tǒng)包括如下組成部分編碼器,用于將所收到的視音頻模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,并將數(shù)字信號傳輸至路由器;路由器,所述路由器的輸入端與編碼器的輸出端相連,路由器的輸出端與解碼器的輸入端相連;且所述路由器與調(diào)制解調(diào)器以及路由器與控制器均為雙向連接;調(diào)制解調(diào)器,用于對基帶信號進行調(diào)制并輸出中頻信號,以及對接收的中頻信號進行解調(diào)輸出基帶信號,同時用于向發(fā)射通道、接收通道和電聲轉(zhuǎn)換器發(fā)出同步脈沖;發(fā)射通道,用于將調(diào)制解調(diào)器所輸出的中頻信號轉(zhuǎn)換成射頻信號后輸送至電聲轉(zhuǎn)換器;[0014]電聲轉(zhuǎn)換器,用于將所述發(fā)射通道輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換為便于在水中傳輸?shù)穆曨l信號,并將接收的聲頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號后輸出至接收通道,以及對接收、發(fā)送的射頻信號進行隔離;接收通道,用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器 輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號后輸送至調(diào)制解調(diào)器;解碼器,用于將自路由器傳輸來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為視音頻模擬信號后輸出;控制器,用于處理接收到的信息和發(fā)出控制指令,以完成通訊過程。本實用新型還可以通過以下方式得以進一步實現(xiàn)優(yōu)選的,所述編碼器為H. 264編碼器,所述解碼器為H. 264解碼器。優(yōu)選的,所述電聲轉(zhuǎn)換器中的壓電材料為電聲轉(zhuǎn)換效率> 75%的鈮酸鋰晶體。進一步的,所述發(fā)射通道包括如下單元上變頻單元,用于將所述調(diào)制解調(diào)器輸出的中頻信號變?yōu)樯漕l信號,并將射頻信號輸出至功放單元,并為功放單元提供激勵電平;功放單元,用于將所述上變頻單元輸出的射頻信號的功率放大至設(shè)定的輻射功率,然后將射頻信號輸出至電聲轉(zhuǎn)換器。進一步的,所述接收通道包括如下單元濾波單元,用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器輸出的射頻信號進行濾波后輸出至自動增益放大單元;自動增益放大單元,用于對所述濾波單元輸出的射頻信號進行放大后輸出至下變頻單元;下變頻單元,用于將自動增益放大單元輸出的射頻信號變?yōu)橹蓄l信號,并將中頻信號輸出至低噪放大器;低噪放大器,用于對下變頻單元輸出的中頻信號進行放大,并為所述調(diào)制解調(diào)器的解調(diào)提供幅度滿足要求的輸入電平。優(yōu)選的,所述調(diào)制解調(diào)器為基于QAM調(diào)制的OFDMA數(shù)字載波變換調(diào)制解調(diào)器。優(yōu)選的,所述功放單元為數(shù)字式高線性功率放大器。優(yōu)選的,所述調(diào)制解調(diào)器上設(shè)有RS232密鑰注入口。本實用新型的有益效果在于I、本適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)采用同頻雙工(TDD)工作模式,不但結(jié)構(gòu)簡單,投入成本低,而且體積小、重量輕,能夠在水中以無線的模式實時傳輸圖像和語音以及各種數(shù)據(jù)。2、本適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)的傳輸速率彡512kbps,是聲納傳輸碼流量8kbps的60倍,數(shù)據(jù)傳輸速率高且通訊質(zhì)量高。3、本適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)中的電聲轉(zhuǎn)換器中設(shè)置有鈮酸鋰晶體,電聲轉(zhuǎn)換效率> 75%。4、本實用新型中的調(diào)制調(diào)制器采用1024QAM調(diào)制方式,具備OFDM并行1655個子載波傳輸性能,在工作中調(diào)制器可根據(jù)動態(tài)信道質(zhì)量,自動動態(tài)選擇調(diào)制結(jié)數(shù),如8QAM、16QAM、64QAM、256QAM等。該調(diào)制器采用捷變頻率和捷變收發(fā)電平軟件控制,具備高度智能化。[0037]5、本實用新型中的調(diào)制調(diào)制器可通過RS232密鑰注入口加設(shè)128位的密鑰碼,并可隨時更改,保密等級高,同時確保了信息的安全性能。
圖I是本實用新型的原理框圖;圖2是發(fā)射通道的結(jié)構(gòu)示意圖;圖3是接收通道的結(jié)構(gòu)示意圖;圖4是調(diào)制調(diào)制器的結(jié)構(gòu)圖;圖5是數(shù)字上變頻器的結(jié)構(gòu)圖;圖6是數(shù)字下變頻器的結(jié)構(gòu)圖;圖7是數(shù)字AGC放大器的結(jié)構(gòu)圖;圖8是數(shù)字高線性功率放大器的結(jié)構(gòu)圖。圖中標(biāo)注符號的含義如下10-調(diào)制解調(diào)器 20-發(fā)射通道 21-上變頻單元22-功放單元 30-接收通道 31-濾波單元32-自動增益放大單元 33-下變頻單元 34-低噪放大器40-電聲轉(zhuǎn)換器 50-路由器 60-解碼器 70-編碼器80-控制器
具體實施方式
如圖I所不,一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),本傳輸系統(tǒng)包括如下組成部分編碼器70,用于將所收到的視音頻模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,并將數(shù)字信號傳輸至路由器50 ;路由器50,所述路由器50的輸入端與編碼器70的輸出端相連,路由器50的輸出端與解碼器60的輸入端相連;且所述路由器50與調(diào)制解調(diào)器10以及路由器50與控制器80均為雙向連接;調(diào)制解調(diào)器10,用于對基帶信號進行調(diào)制并輸出中頻信號,以及對接收的中頻信號進行解調(diào)輸出基帶信號,同時用于向發(fā)射通道20、接收通道30和電聲轉(zhuǎn)換器40發(fā)出同步脈沖;發(fā)射通道20,用于將調(diào)制解調(diào)器10所輸出的中頻信號轉(zhuǎn)換成射頻信號后輸送至電聲轉(zhuǎn)換器40 ;電聲轉(zhuǎn)換器40,用于將所述發(fā)射通道20輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換為便于在水中傳輸?shù)穆曨l信號,并將接收的聲頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號后輸出至接收通道30,以及對接收、發(fā)送的射頻信號進行隔離;接收通道30,用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器40輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號后輸送至調(diào)制解調(diào)器10 ;解碼器60,用于將自路由器50傳輸來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為視音頻模擬信號后輸出;控制器80,用于處理接收到的信息和發(fā)出控制指令,以完成通訊過程。[0061]優(yōu)選的,所述編碼器70為H. 264編碼器,所述解碼器60為H. 264解碼器。H. 264編解碼器也即全高清H. 264編解碼器,能夠?qū)崿F(xiàn)全高清低延時H. 264編碼和解碼功能,可以使用標(biāo)準(zhǔn)以太網(wǎng)絡(luò)和WiFi無線網(wǎng)絡(luò)傳輸H. 264視頻(包括高清電視或計算機圖像)、語音、控制(鼠標(biāo)或鍵盤),解碼器輸出的音視頻和控制信號同原始視頻信號保持完全同步,可以點對點傳輸也可以實現(xiàn)多點對多 點互聯(lián),并可以實現(xiàn)多種信息格式互換。優(yōu)選的,所述電聲轉(zhuǎn)換器40中的壓電材料為電聲轉(zhuǎn)換效率> 75%的鈮酸鋰晶體。進一步的,如圖2所示,所述發(fā)射通道20包括如下單元上變頻單元21,用于將所述調(diào)制解調(diào)器10輸出的中頻信號變?yōu)樯漕l信號,并將射頻信號輸出至功放單元22,并為功放單元22提供激勵電平;功放單元22,用于將所述上變頻單元21輸出的射頻信號的功率放大至設(shè)定的輻射功率,然后將射頻信號輸出至電聲轉(zhuǎn)換器40。進一步的,如圖3所示,所述接收通道30包括如下單元濾波單元31,用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器40輸出的射頻信號進行濾波后輸出至自動增益放大單元32 ;自動增益放大單元32,用于對所述濾波單元31輸出的射頻信號進行放大后輸出至下變頻單元33 ;下變頻單元33,用于將自動增益放大單元32輸出的射頻信號變?yōu)橹蓄l信號,并將中頻信號輸出至低噪放大器34 ;低噪放大器34,用于對下變頻單元33輸出的中頻信號進行放大,并為所述調(diào)制解調(diào)器10的解調(diào)提供幅度滿足要求的輸入電平。優(yōu)選的,所述調(diào)制解調(diào)器10為基于QAM調(diào)制的OFDMA數(shù)字載波變換調(diào)制解調(diào)器。調(diào)制解調(diào)器10向發(fā)射通道20發(fā)出的同步脈沖,由發(fā)射通道20中的上變頻單元21和功放單元22接收;調(diào)制解調(diào)器10向接收通道30發(fā)出的同步脈沖,由接收通道30中的濾波單元31、自動增益放大單元32、下變頻單元33和低噪放大器34接收。優(yōu)選的,所述功放單元22為數(shù)字式高線性功率放大器。優(yōu)選的,所述調(diào)制解調(diào)器上設(shè)有RS232密鑰注入口。下面結(jié)合圖I 6對本實用新型作進一步詳細闡述。本實用新型為雙工型,含接收、發(fā)射為一體。如圖I所示,工作時,本實用新型在水下設(shè)備和岸基接收設(shè)備上各安裝一套。安裝在水下設(shè)備的本實用新型通過編碼器70也即H. 264編碼器接收水下攝像頭攝入的模擬圖像,所述模擬圖像由H. 264編碼器數(shù)字化形成512Kbps的數(shù)據(jù)流,該數(shù)據(jù)流由路由器50也即智能路由器送入100KHZ模擬帶寬、可傳輸IMbps碼流的調(diào)制解調(diào)器10也即OFDM調(diào)制器進行數(shù)字調(diào)制,然后由發(fā)射通道20送至電聲轉(zhuǎn)換器40處以將電信號轉(zhuǎn)換為便于在水中傳輸?shù)穆曨l信號;岸基接收設(shè)備上的電聲轉(zhuǎn)換器40將此聲頻信號轉(zhuǎn)換為電信號,岸基接收設(shè)備上的接收通道30解調(diào)制為數(shù)據(jù)流,再由岸基接收設(shè)備上的路由器50送入60也即解碼器
H.264解碼器解碼解壓,軟件視頻消噪后輸出模擬圖像,每秒25幀。水下設(shè)備上的控制器和岸基接收設(shè)備上的控制器80控制水上水下設(shè)備的數(shù)據(jù)交換,進而控制水下設(shè)備的工作姿態(tài),最終完成通訊過程。如圖2所示,發(fā)射通道20 :調(diào)制解調(diào)器10將輸入的基帶信號利用碼分多址的方式調(diào)制在經(jīng)傅里葉對單載波分解的1655個子載波上,形成頻分復(fù)用的OFDM制式,輸出一個30. 56MHZ的已調(diào)波信號。同時由原子鐘振蕩產(chǎn)生自由時控脈沖,控制整機的收發(fā)轉(zhuǎn)換,上變頻單元21將IF信號轉(zhuǎn)變?yōu)镽F信號并放大RF信號至Odbm,功放單元22也即數(shù)字式高線性功率放大器將Odbm的信號放大至40dbm經(jīng)電聲轉(zhuǎn)換器40發(fā)射,占空比為1:1。如圖3所示,接收通道30 :電聲轉(zhuǎn)換器40接收的同頻空間信號經(jīng)過通道濾波,以提高抗干擾能力,由低噪并具有AGC功能的運算放大器為下變頻單元33提供-IOdbm的入口電平,下變頻單元33將RF信號變?yōu)镮F信號,電平為-5dbm -IOdbm輸入解調(diào)器解調(diào)為基帶信號,該基帶信號再由智能路由器按IP地址分配至終端。如圖4所示,所述的調(diào)制解調(diào)器10為基于正交幅度調(diào)制(QAM)調(diào)制的正交頻分多址(OFDMA)數(shù)字網(wǎng)絡(luò)載波變換調(diào)制解調(diào)器。OFDMA調(diào)制采用多址接入方式以解決多個用戶共用信道的問題,是一種正交的OFDM調(diào)制,也即將一個載波由傅里葉變換的模式形成1655 個子載波,基帶信號按碼分多址的方式分配調(diào)制在子載波上,這樣每個子載波所攜帶的數(shù)據(jù)量就只有7Kbps,有利于在傳輸過程克服多徑干擾和多普勒頻移,該調(diào)制信號并攜帶有向前向后糾錯的索羅門碼和卷積交織碼,這些措施的采取可使傳輸過程的誤碼率高達10_9以上。而解調(diào)過程為調(diào)制過程的逆向運算。同時本調(diào)制解調(diào)器設(shè)有RS232密鑰注入口,可加128位的密鑰碼并隨機更改,確保了傳輸信息的安全。本調(diào)制解調(diào)器由原子鐘產(chǎn)生的時控脈沖控制整機收發(fā)轉(zhuǎn)換,實現(xiàn)雙工。且本調(diào)制解調(diào)器能智能偵測傳輸鏈路的質(zhì)量狀況,并智能加載傳輸數(shù)據(jù)量,滿負荷可傳輸IOOMbps數(shù)據(jù),處于國際領(lǐng)先水平。如圖5、6所示,上變頻單元21包括上變頻器,下變頻單元33包括下變頻器。所述上、下變頻器為頻率轉(zhuǎn)移件,將IF變?yōu)镽F或?qū)F變?yōu)镮F。上、下變頻器采用一個高穩(wěn)定恒溫本振源,這樣使變頻器下變時的IF信號不會產(chǎn)生頻率漂移而超過解調(diào)器的捕捉范圍造成誤碼。上變頻器有放大器為功放單元22提供電平匹配,下變頻器與低噪放大器34相連為解調(diào)器提供電平匹配。如圖7所示,所述自動增益放大單元32也即數(shù)字AGC放大器,該部件的功能是將接收到的空間微弱信號,在抑制噪聲的狀態(tài)放大至下變頻器所需的電平,同時運算放大器具有IOOdb的AGC功能,可在接收電平產(chǎn)生大的波動時穩(wěn)定輸出。所述低噪放大器34為數(shù)字中頻低噪放大器,也即為緩沖擊低噪放大器,以隔離抑制下變頻器帶來的噪聲,并為調(diào)制解調(diào)器10提供足夠的電平需求。OFDM調(diào)制方式的無線傳輸對通道有極高的相位噪聲和線性保真要求。如圖8所示,所述功放單元22采用數(shù)字高線性功率放大器,數(shù)字高線性功率放大器是產(chǎn)生信號非線性失真的主要部件,該組件末級采用高線性菲利浦公司生產(chǎn)的MS555場效應(yīng)管,該管動態(tài)范圍大,線性輸出能力強,并采用3db微帶分配合成技術(shù),使該組件在額定功率輸出時交互調(diào)指標(biāo)達55db以上。在整機使用時該組件功率回退10DB,確保整機線性技術(shù)指標(biāo)。
權(quán)利要求1.一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于本傳輸系統(tǒng)包括如下組成部分 編碼器(70),用于將所收到的視音頻模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號,并將數(shù)字信號傳輸至路由器(50); 路由器(50),所述路由器(50)的輸入端與編碼器(70)的輸出端相連,路由器(50)的輸出端與解碼器¢0)的輸入端相連;且所述路由器(50) 與調(diào)制解調(diào)器(10)以及路由器(50)與控制器(80)均為雙向連接; 調(diào)制解調(diào)器(10),用于對基帶信號進行調(diào)制并輸出中頻信號,以及對接收的中頻信號進行解調(diào)輸出基帶信號,同時用于向發(fā)射通道(20)、接收通道(30)和電聲轉(zhuǎn)換器(40)發(fā)出同步脈沖; 發(fā)射通道(20),用于將調(diào)制解調(diào)器(10)所輸出的中頻信號轉(zhuǎn)換成射頻信號后輸送至電聲轉(zhuǎn)換器(40); 電聲轉(zhuǎn)換器(40),用于將所述發(fā)射通道(20)輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換為便于在水中傳輸?shù)穆曨l信號,并將接收的聲頻信號轉(zhuǎn)換為射頻信號后輸出至接收通道(30),以及對接收、發(fā)送的射頻信號進行隔離; 接收通道(30),用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器(40)輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號后輸送至調(diào)制解調(diào)器(10); 解碼器(60),用于將自路由器(50)傳輸來的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為視音頻模擬信號后輸出; 控制器(80),用于處理接收到的信息和發(fā)出控制指令,以完成通訊過程。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述編碼器(70)為H. 264編碼器,所述解碼器¢0)為H. 264解碼器。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述電聲轉(zhuǎn)換器(40)中的壓電材料為電聲轉(zhuǎn)換效率> 75%的鈮酸鋰晶體。
4.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述發(fā)射通道(20)包括如下單元 上變頻單元(21),用于將所述調(diào)制解調(diào)器(10)輸出的中頻信號變?yōu)樯漕l信號,并將射頻信號輸出至功放單元(22),并為功放單元(22)提供激勵電平; 功放單元(22),用于將所述上變頻單元(21)輸出的射頻信號的功率放大至設(shè)定的輻射功率,然后將射頻信號輸出至電聲轉(zhuǎn)換器(40)。
5.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述接收通道(30)包括如下單元 濾波單元(31),用于對所述電聲轉(zhuǎn)換器(40)輸出的射頻信號進行濾波后輸出至自動增益放大單元(32); 自動增益放大單元(32),用于對所述濾波單元(31)輸出的射頻信號進行放大后輸出至下變頻單元(33); 下變頻單元(33),用于將自動增益放大單元(32)輸出的射頻信號變?yōu)橹蓄l信號,并將中頻信號輸出至低噪放大器(34); 低噪放大器(34),用于對下變頻單元(33)輸出的中頻信號進行放大,并為所述調(diào)制解調(diào)器(10)的解調(diào)提供幅度滿足要求的輸入電平。
6.根據(jù)權(quán)利要求I或2或3所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述調(diào)制解調(diào)器(10)為基于QAM調(diào)制的OFDMA數(shù)字載波變換調(diào)制解調(diào)器。
7.根據(jù)權(quán)利要求4所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述功放單元(22)為數(shù)字式高線性功率放大器。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng),其特征在于所述調(diào)制解調(diào)器上設(shè)有RS232密鑰注入口。
專利摘要本實用新型屬于無線傳輸技術(shù)領(lǐng)域,具體涉及一種適用于水下工況的同頻雙向視音頻、數(shù)據(jù)傳輸系統(tǒng)。本傳輸系統(tǒng)包括如下組成部分輸入端與編碼器的輸出端相連、輸出端與解碼器的輸入端相連、且與調(diào)制解調(diào)器以及控制器均雙向連接的路由器;用于將調(diào)制解調(diào)器所輸出的中頻信號轉(zhuǎn)換成射頻信號后輸送至電聲轉(zhuǎn)換器的發(fā)射通道;用于將射頻信號和聲頻信號彼此轉(zhuǎn)換并輸出的電聲轉(zhuǎn)換器;用于對電聲轉(zhuǎn)換器輸出的射頻信號轉(zhuǎn)換成中頻信號后輸送至調(diào)制解調(diào)器的接收通道;用于處理信息和發(fā)出控制指令的控制器。本實用新型不但結(jié)構(gòu)簡單,投入成本低,而且體積小、重量輕,能夠在水中以無線的模式實時傳輸圖像和語音以及各種數(shù)據(jù),同時數(shù)據(jù)傳輸速率高,通訊質(zhì)量高。
文檔編號H04N7/26GK202759453SQ20122039469
公開日2013年2月27日 申請日期2012年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2012年8月1日
發(fā)明者丁勝, 陳有緒 申請人:丁勝, 陳有緒