[发明专利]数据通信的改进

说明书

技术领域

本发明涉及彼此相对移动的物体，例如移动的发射机和固定接收机之间的数据传输。本发明特别但不唯一适用于在空气中以超声频率(40千赫兹(KHz)数量级的频率)进行的声学数据通信。 

背景技术

WO 03/087871公开了一种基于超声波通信的定位系统，该系统能够确定若干超声波发射机标签中的每一个位于哪个房间中。各个标签发射特异的标识信号，该标识信号由每个房间中所提供的接收机之一来拾取。 

申请人发现，诸如此类的当前超声波定位系统使用数据速率严格受限的声学数据链路。这限制了更新速率和/或可以跟踪的物体/人的数目，并且特别限制了对进出房间的很多人/物体的快速移动进行精确跟随的精确程度。 

申请人所知道的声学通信系统中最先进的声学通信系统是在水下声学中得到的系统。第一代数字调制解调器基于频移键控(FSK)，因为FSK在时间和信道的频率展开上具有鲁棒性。但是，FSK在其利用带宽的方式上效率低下，因此近年来，在开发以例如各种形式的相移键控(PSK)为基础的、通常结合自适应均衡的更高效的相干系统方面，花费了极大的精力，其中各种形式的相移键控如在例如D B Kilfoyle和A.Baggeroer发表于IEEE Trans.Ocean.Eng.(电气和电子工程师协会海洋工程电子期刊)，OE-25，1-1111(2000)上的The state of the art in underwater acoustic telemetry(水下声学遥测的技术发展水平)中所述的。尽管如此，在实际应用中，非相干FSK和MFSK(多FSK)系统在提供可靠通信方面还是发挥了重大作用。这种系统通常是非自适应的，并设计有充足的带宽以适应所预期的最苛刻的环境。 这意味着，在普通的更为有利的条件下，针对带宽和功率而言，该系统运行效率低下。这种低效率可以很明显。导致这种低带宽效率的设计约束之一是由于多普勒效应而存在的频率偏移。 

无论发射机和接收机以朝向彼此或是远离彼此而移动，由于各个波阵面必定在两者之间传播不同的距离，因此接收机所感知的信号频率与发射机所发射的信号频率不同。这既是已知的多普勒效应。 

声音速度的相对较低值导致即使低速移动也能产生相对较高的频率偏移。ν的相对移动，其中正的ν表示从源向接收机的移动，将频率偏移到： 

f′＝f(1+ν/c)                                    (1) 

其中f为初始频率，c为声速(例如，在空气中大约为340米/秒(m/s)，在水中大约为1500m/s)。 

作为示例，以25kHz的中心频率运行、并以10海里/小时的速度在AUV上(自主式水下航行器)使用的水下声学通信系统会产生86赫兹(Hz)或中心频率10％的典型相对带宽(即2500Hz)的3.4％的多普勒频移。以40kHz从以6千米/小时(km/h)的速度(快速步行)移动的发射机进行发射的机载超声通信系统会经历196Hz或10％的典型相对带宽(即4000Hz)的4.9％的更大多普勒频移。 

多普勒频移会基于相对运动而产生升频或降频。MFSK同时使用多个频率，并且可以被视为并行工作的多个FSK系统。这些频率之间的唯一关系是它们决不被允许有所重叠。在MFSK系统中，理论上可能并且期望如脉冲长度的倒数B＝1/T一样接近地间隔这些频率。然而，多普勒频移f_D＝f′-f可以很容易就远远超出这个间隔，即|f_D|＞＞B，这样就实际上限制了可以使用的频率数量，并且因此还限制了比特率。 

适应多普勒频移的标准方式是根据最大多普勒频移加上一特定保护带f_g来间隔频率： 

Δf＞B+2|f_d|+f_g                                               (2) Δf与B的比率可以很大。由于变频器具有有限的带宽，因此Δf与B的比率很大表示可以根据该方案达到的有效数据速率存在损失。 

发明内容

目前描述的调制方案是在无线电通信中运转良好的自适应方法。然而，本发明的目的在于提供一种更适合于声学环境的方案。 

当从本发明的第一方面考虑时，提供一种包括发射工具的数据通信系统。