一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法
【專利摘要】本發(fā)明實(shí)施例公開(kāi)了一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟：將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)制幀；將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成調(diào)制波信號(hào)；利用正弦載波將調(diào)制波信號(hào)轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號(hào)；將已調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電載波信號(hào)，第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送；機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳輸；接收經(jīng)金屬管線傳輸后的機(jī)械載波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成第二電載波信號(hào)；第二電載波信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到傳輸信號(hào)。本發(fā)明用于在調(diào)制波信號(hào)為高時(shí)，通過(guò)控制同相載波信號(hào)的輸出時(shí)間以及加入一定時(shí)間的反相載波信號(hào)，提高了信道數(shù)據(jù)量容量，從而實(shí)現(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)在金屬管線信道中的通信。
【專利說(shuō)明】一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于通信領(lǐng)域，特別地涉及一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著現(xiàn)代通信手段的演進(jìn)，無(wú)線，光纜，電纜等數(shù)據(jù)傳輸方式都得到了極大的發(fā)展，且數(shù)據(jù)傳輸速率越來(lái)越快，越來(lái)越高效。目前調(diào)制信號(hào)一般為電信號(hào)，該電信號(hào)通過(guò)有線或無(wú)線電磁波的方式傳輸，但是調(diào)制電信號(hào)較容易受到外界環(huán)境的干擾，比較容易造成通信中斷。在惡劣環(huán)境因素下通信強(qiáng)度達(dá)不到，很容易陷入癱瘓，無(wú)法傳輸語(yǔ)音、數(shù)據(jù)信號(hào)。如在礦井下發(fā)生坍塌或瓦斯爆炸，發(fā)生地震或高層建筑發(fā)生火災(zāi)等破壞性事故后，常用的語(yǔ)音通信系統(tǒng)將因電力的切斷或設(shè)備的損壞無(wú)法正常工作，語(yǔ)音信號(hào)無(wú)法傳輸，常使人員的救援工作陷入困境，浪費(fèi)寶貴的救援時(shí)間與大量的人力物力。
[0003]金屬管線信道因其較好的抗破壞特性將為以上的通信方式做出補(bǔ)償。在金屬管線中信號(hào)將以機(jī)械載波信號(hào)的形式進(jìn)行傳輸，其過(guò)程為先將電信號(hào)變換成機(jī)械載波信號(hào)，再利用金屬管線的振動(dòng)來(lái)傳播機(jī)械載波信號(hào)，最后在接收端通過(guò)將機(jī)械載波信號(hào)變換成電信號(hào)的一種方式來(lái)實(shí)現(xiàn)基于金屬管線的信道傳輸。但是，由于金屬管線的物理特性，機(jī)械載波信號(hào)在其中傳播會(huì)產(chǎn)生粘滯效應(yīng)。而采用傳統(tǒng)的信號(hào)FSK (Frequency—shift keying,頻移鍵控)調(diào)制方法，在調(diào)制波信號(hào)電平變化，反映到已調(diào)制信號(hào)在載波信號(hào)電平突變到零電平的時(shí)候，由于粘滯效應(yīng)，在接收端，由機(jī)械載波信號(hào)變換而來(lái)的已調(diào)制信號(hào)卻會(huì)出現(xiàn)由載波信號(hào)電平逐步衰減到零電平。即存在一定的阻尼振蕩時(shí)間，這必然會(huì)帶來(lái)信號(hào)解調(diào)時(shí)的系統(tǒng)失真，甚至造成系統(tǒng)無(wú)法通信。
[0004]故，針對(duì)目前現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述缺陷，實(shí)有必要進(jìn)行研究，以提供一種方案，解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的缺陷，避免造成機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)時(shí)系統(tǒng)失真，甚至無(wú)法工作的問(wèn)題。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為解決上述問(wèn)題，本發(fā)明的目的在于提供一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，在調(diào)制信號(hào)為高時(shí)，通過(guò)控制同相載波信號(hào)的輸出時(shí)間以及加入一定時(shí)間的反相載波信號(hào)，起到了主動(dòng)消除機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳播時(shí)的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于金屬管線信道傳輸信號(hào)的系統(tǒng)失真，提高了通信數(shù)據(jù)容量以及可靠性。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案為:
[0007]—種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，包括以下步驟:
[0008]將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)制幀，其中所述調(diào)制幀包括同步字節(jié)以及數(shù)據(jù)；
[0009]將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成調(diào)制波信號(hào)，其中調(diào)制波的周期T大于用以傳輸數(shù)據(jù)的金屬管線的最大傳輸速率周期；
[0010]利用正弦載波將所述調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號(hào)，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致，[0011]當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為低電平時(shí)，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為高時(shí)，先輸出第一時(shí)間周期Tl的同相載波信號(hào)，緊接著輸出第二時(shí)間周期T2的反相載波信號(hào)，其中第一時(shí)間周期Tl與第二時(shí)間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T:
[0012]所述已調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電載波信號(hào)；
[0013]所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送；
[0014]所述機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳輸；
[0015]接收經(jīng)金屬管線傳輸后的機(jī)械載波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成第二電載波信號(hào)；
[0016]所述第二電載波信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
[0017]對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到傳輸信號(hào)，
[0018]在單個(gè)調(diào)制信號(hào)電平相同的周期內(nèi)，檢測(cè)接收到的信號(hào)是否有超過(guò)一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號(hào)為高電平，否則為低電平。
[0019]優(yōu)選地，所述金屬管線為實(shí)心的金屬管線。
[0020]優(yōu)選地,所述同步字節(jié)為0x01。
[0021]優(yōu)選地，所述正弦載波的產(chǎn)生方法為，產(chǎn)生步進(jìn)為IHZ的高分辨率的正弦信號(hào)，在金屬管線的諧振頻率大致頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，把第一電載波信號(hào)的電壓、電流相位進(jìn)行比較，將二者相等時(shí)作為金屬管線諧振的依據(jù)，此時(shí)輸出的頻率點(diǎn)即為載波頻率點(diǎn)。
[0022]優(yōu)選地，通過(guò)壓電陶瓷換能器將所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送。
[0023]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果如下:
[0024](I)在調(diào)制信號(hào)為高時(shí)，通過(guò)控制同相載波信號(hào)的輸出時(shí)間以及加入一定時(shí)間的反相載波信號(hào)，起到了主動(dòng)消除由機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳播時(shí)的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于此信道的系統(tǒng)失真，同時(shí)提高了系統(tǒng)通信的信號(hào)容量，提高了數(shù)據(jù)通信速率，使得語(yǔ)音信號(hào)可以很好的在金屬管線信道中傳播，提高了通信的可靠性；
[0025](2)通過(guò)與調(diào)制方法相適應(yīng)的解調(diào)方法，完善了系統(tǒng)通信鏈路，提高了通信效率；
[0026](3)采用自動(dòng)頻率跟蹤法使得產(chǎn)生的載波信號(hào)的頻率與金屬管線的諧振頻率一致，使得系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性得到提高。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0027]圖1為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法的步驟流程圖；
[0028]圖2為本發(fā)明實(shí)施例的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法中一調(diào)制實(shí)例的波形圖；
[0029]圖3為與圖2對(duì)應(yīng)的解調(diào)實(shí)例的波形圖。
【具體實(shí)施方式】
[0030]為了使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用以解釋本發(fā)明，并不用于限定本發(fā)明。
[0031]相反，本發(fā)明涵蓋任何由權(quán)利要求定義的在本發(fā)明的精髓和范圍上做的替代、修改、等效方法以及方案。進(jìn)一步，為了使公眾對(duì)本發(fā)明有更好的了解，在下文對(duì)本發(fā)明的細(xì)節(jié)描述中，詳盡描述了一些特定的細(xì)節(jié)部分。對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)沒(méi)有這些細(xì)節(jié)部分的描述也可以完全理解本發(fā)明。
[0032]參見(jiàn)圖1，所示為本發(fā)明實(shí)施例的一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法的步驟流程圖，其包括以下步驟:
[0033]S101，將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)制幀，其中所述調(diào)制幀包括同步字節(jié)以及數(shù)據(jù)；
[0034]這些需要傳輸?shù)男盘?hào)可以來(lái)自于信息采集設(shè)備、路由器、交換機(jī)等通信設(shè)備并通過(guò)USB、以太網(wǎng)或RS485接口接入。
[0035]S102，將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成調(diào)制波信號(hào)，其中調(diào)制波的周期T大于用以傳輸數(shù)據(jù)的金屬管線的最大傳輸速率周期；
[0036]S103，利用正弦載波將所述調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號(hào)，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致，當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為低電平時(shí)，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為高時(shí)，先輸出第一時(shí)間周期Tl的同相載波信號(hào)，緊接著輸出第二時(shí)間周期T2的反相載波信號(hào)，其中第一時(shí)間周期Tl與第二時(shí)間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T ;在具體應(yīng)用實(shí)例中，可采用以下方式產(chǎn)生正弦載波:產(chǎn)生步進(jìn)為IHZ的高分辨率的正弦信號(hào)，在金屬管線的諧振頻率大致頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，把第一電載波信號(hào)的電壓、電流相位進(jìn)行比較，將二者相等時(shí)作為金屬管線諧振的依據(jù)，此時(shí)輸出的頻率點(diǎn)即為載波頻率點(diǎn)。
[0037]其中T1〈T，是因?yàn)榻饘俟芫€的物理粘滯效應(yīng)，在沿一個(gè)方向起振后，金屬管線無(wú)法立即停振，會(huì)有一個(gè)阻尼振蕩的過(guò)程，最終停止振動(dòng)。如果下一個(gè)調(diào)制波輸出為零電平，那么這樣的阻尼振蕩勢(shì)必會(huì)對(duì)解調(diào)過(guò)程中的峰值檢測(cè)帶來(lái)干擾，帶來(lái)系統(tǒng)誤差。采用Τ1〈Τ，可以為阻尼振蕩預(yù)留一定的時(shí)間，而且對(duì)本周期的峰值檢測(cè)不產(chǎn)生影響，減小了系統(tǒng)誤差。同時(shí)Tl的具體值的確定需要根據(jù)采用的金屬管線的物理特性來(lái)實(shí)際權(quán)衡，來(lái)為阻尼振蕩預(yù)留足夠的時(shí)間。引入反相載波信號(hào)輸出是為了縮短阻尼振蕩的時(shí)間，起到主動(dòng)消除余振的作用。Τ2的時(shí)間也需要根據(jù)實(shí)際情況下測(cè)試結(jié)果確定，時(shí)間太長(zhǎng)的話會(huì)引起反相的余振，時(shí)間太短的話消除余振的效果可能不太明顯，總的時(shí)間要求為Τ1+Τ2〈Τ。
[0038]S104,所述已調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電載波信號(hào)；
[0039]S105,所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送；
[0040]在具體應(yīng)用實(shí)例中，可通過(guò)壓電陶瓷換能器將所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送。
[0041]S106,所述機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳輸；
[0042]其中，金屬管線為實(shí)心的金屬管線，采用如銅，鐵等機(jī)械強(qiáng)度高的金屬材料制成。實(shí)心的金屬材質(zhì)具有傳遞速度快，效率高，遠(yuǎn)距離傳輸能量損耗小且具有良好的機(jī)械強(qiáng)度，是傳輸機(jī)械振動(dòng)的良好載體，可以在破壞性事故中具有很強(qiáng)的抗破壞性，能保證信號(hào)的傳輸通道。
[0043]S107，接收經(jīng)金屬管線傳輸后的機(jī)械載波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成第二電載波信號(hào)；
[0044]機(jī)械載波信號(hào)轉(zhuǎn)第二電載波信號(hào)同樣可采用壓電換能器進(jìn)行。
[0045]S108，所述第二電載波信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)；
[0046]S109，對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到傳輸信號(hào)，
[0047]在單個(gè)調(diào)制信號(hào)電平相同的周期內(nèi)，檢測(cè)接收到的信號(hào)是否有超過(guò)一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號(hào)為高電平，否則為低電平。
[0048]其中閥值是介于最大幅度值和零電平之間的一個(gè)值。最大幅度值是接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)限幅后得到的最大幅度值。
[0049]通過(guò)以上方法，在調(diào)制信號(hào)為高時(shí)，通過(guò)控制同相載波信號(hào)的輸出時(shí)間以及加入一定時(shí)間的反相載波信號(hào)，起到了主動(dòng)消除由機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳播時(shí)的粘滯效應(yīng)而產(chǎn)生的余振現(xiàn)象，大大減少了基于此信道的系統(tǒng)失真。，同時(shí)提高了系統(tǒng)通信的信號(hào)容量，提高了數(shù)據(jù)通信速率，使得語(yǔ)音信號(hào)可以很好的在金屬管線信道中傳播，提高了通信的可靠性，此方法尤其適合應(yīng)用在傳輸速率為I一2Kbit / S的語(yǔ)音信號(hào)中。
[0050]參看圖2為采用圖1所示的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法的中的一應(yīng)用實(shí)例中調(diào)制方法的波形示意圖。所述調(diào)制幀就是待調(diào)制的信號(hào)，它以幀的形式進(jìn)行封裝。每一幀包括同步字節(jié)和數(shù)據(jù)。每一幀長(zhǎng)度可以根據(jù)需求進(jìn)行改變。同步字節(jié)以0x01為例，也可以不限定為0x01，但0x01的實(shí)際效果要好些，因此圖中以0x01為例進(jìn)行說(shuō)明。數(shù)據(jù)可以是用戶需要傳送的二進(jìn)制信息。載波就是與所采用的金屬引線的物理諧振頻率一致的正弦信號(hào)。已調(diào)制波信號(hào)就是經(jīng)過(guò)調(diào)制之后的輸出信號(hào)。由它經(jīng)過(guò)換能器后轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)，在金屬引線中進(jìn)行傳遞。當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為低時(shí)，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為高時(shí)，先輸出一定時(shí)間的同相載波信號(hào)，假設(shè)時(shí)間為T(mén)I,緊接著輸出一定時(shí)間的反相載波信號(hào)，假設(shè)時(shí)間為T(mén)2。T1〈T，T2〈T，T1+T2〈T。其中T為單個(gè)調(diào)制波信號(hào)的周期。
[0051]與圖2相對(duì)應(yīng)，參看圖3是對(duì)應(yīng)的解調(diào)方法的波形示意圖。接收到的已調(diào)制波中的閥值是介于接收波幅度值和零電平之間的一個(gè)值。記錄下一個(gè)調(diào)制信號(hào)周期內(nèi)的最大幅值，高于閥值時(shí)，認(rèn)為該周期內(nèi)接收的信號(hào)為高。低于此閥值時(shí)，認(rèn)為該周期內(nèi)接收的信號(hào)為低。解調(diào)時(shí)，采用輪詢同步字節(jié)，同步字節(jié)匹配了以后，保存接下來(lái)的數(shù)據(jù)字節(jié)。在每一幀檢測(cè)完畢后，又重新開(kāi)始輪詢同步字節(jié)，就這樣，不斷地對(duì)接收到的已調(diào)制波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，完成整個(gè)解調(diào)過(guò)程，得到解調(diào)信號(hào)，例如圖中示意的為解調(diào)同步字節(jié)0x01，則得到如下的波形。
[0052]以上所述僅為本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，包括以下步驟: 將需要傳輸?shù)男盘?hào)轉(zhuǎn)換成調(diào)制幀，其中所述調(diào)制幀包括同步字節(jié)以及數(shù)據(jù)； 將調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成調(diào)制波信號(hào)，其中調(diào)制波的周期T大于用以傳輸數(shù)據(jù)的金屬管線的最大傳輸速率周期； 利用正弦載波將所述調(diào)制幀轉(zhuǎn)換成已調(diào)制信號(hào)，其中所述正弦載波的頻率與采用的金屬管線的諧振頻率一致， 當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為低電平時(shí)，已調(diào)制波輸出零電平；當(dāng)調(diào)制波信號(hào)為高時(shí)，先輸出第一時(shí)間周期Tl的同相載波信號(hào)，緊接著輸出第二時(shí)間周期T2的反相載波信號(hào)，其中第一時(shí)間周期Tl與第二時(shí)間周期T2的總和小于調(diào)制波的周期T: 所述已調(diào)制信號(hào)轉(zhuǎn)換成第一電載波信號(hào)； 所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送； 所述機(jī)械載波信號(hào)在金屬管線中傳輸； 接收經(jīng)金屬管線傳輸后的機(jī)械載波信號(hào)并轉(zhuǎn)換成第二電載波信號(hào)； 所述第二電載波信號(hào)經(jīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)； 對(duì)所述數(shù)字信號(hào)進(jìn)行解調(diào)得到傳輸信號(hào)， 在單個(gè)調(diào)制信號(hào)電平相同的周期內(nèi)，檢測(cè)接收到的信號(hào)是否有超過(guò)一定閾值的高電平出現(xiàn)，如果有，得到解調(diào)信號(hào)為高電平，否則為低電平。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述金屬管線為實(shí)心的金屬管線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述同步字節(jié)為0x01。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，所述正弦載波的產(chǎn)生方法為，產(chǎn)生步進(jìn)為IHZ的高分辨率的正弦信號(hào)，在金屬管線的諧振頻率大致頻率范圍內(nèi)進(jìn)行掃頻，把第一電載波信號(hào)的電壓、電流相位進(jìn)行比較，將二者相等時(shí)作為金屬管線諧振的依據(jù)，此時(shí)輸出的頻率點(diǎn)即為載波頻率點(diǎn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4任一所述的機(jī)械載波語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制解調(diào)方法，其特征在于，通過(guò)壓電陶瓷換能器將所述第一電載波信號(hào)轉(zhuǎn)換成機(jī)械載波信號(hào)并發(fā)送。
【文檔編號(hào)】H04L27/00GK103581084SQ201310581216
【公開(kāi)日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年11月18日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月18日
【發(fā)明者】鄭利浩 申請(qǐng)人:浙江傳媒學(xué)院