水下传真通信研究
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摘要
水声信道是一个极其复杂的随机时间-空间-频率变参信道，存在窄带、
高噪、强多途干扰、传输衰耗大等众多因素的制约，是至今难度最大的无线通
信信道。水声通信技术也由此成为水声技术领域中一个极其复杂、极具挑战性
的研究方向。
将传真通信应用于水声领域，是一个比较新的研究课题。本论文对水声传
真通信进行了初步的研究与探索。
在商业办公领域，传真机(Fax machine)是一种应用广泛、非常实用的电
子设备。传真的意义在于多页静止文本页面的传输与精确重现。而水声信道的
传真发送除了具备传统的传真发送的意义，还有着其特殊的意义：在信道状况
及其恶劣，纯数据通信完全无法实现的情况下，串行图像扫描传输机制的传真
发送，以文本重现的方式提供了数据传输的另一个可行方案。
本论文初步构造了一个水声传真通信系统。完成了PC传真软件的设计和水
声传真Modem的设计。
针对水声信道的强多途干扰特性，以及传真文本文件的特殊冗余特性，本
论文设计了特殊的传真文件压缩／解压算法和调制／解调方案。在Borland
C++Builder 5． 0平台下，使用其VCL组件和大量win32 API函数完成了水声
传真软件的编程，实现了传真文件的无损压缩、解压恢复以及打印控制。
论文采用TI公司的高性能DSP芯片TMS320C542作为水声传真Modem的主
控芯片，实现数字频率合成调制发送和接收端的Goertzel频谱分析解调。采
用TLC320AC01音频级模拟接口芯片实现了DSP与模拟信号的接口。对于DSP
同步串口与PC异步串行口之间的通信，本论文设计了专门的DSP算法，使用软
件接口，实现了同步串口与异步串口之间的匹配通信。
Underwater acoustic channel is a complex time-, space- and frequency-variant channel, which is restricted by numbers of negative factors, e.g. narrow band, high ambient noise, multipath distortion and deep fading. Based on this most difficult wireless channel, underwater acoustic communication therefore becomes one of the most complex and challenging research directions in the field of underwater acoustic technology.
Underwater acoustic Fax communication is a new application of using Fax communication into underwater acoustic area. This paper makes a primary exploration into this new application field.
Fax machine is a widely-used electronic equipment in offices. The significance of Fax lies in the transmission of multi-page text pages and the accurate reconstruction in receiver. Besides this classic significance of Fax, underwater acoustic Fax communication has its own special significance: Under bad channel conditions, pure data communication is hardly to be implemented. In this case, Fax communication, which is based on the principle of serial image scanning transmission, provides an alternative method of data communication by the way of text reconstruction in receiver.
This paper constructs an underwater acoustic Fax communication system and implements the design of PC Fax software and the design of underwater acoustic Fax modem.
Taking account of the multipath of underwater acoustic channel and the special redundancy of Fax files, this paper designs special compression/decompression and modulation/demodulation algorithms. The programming of Fax software is realized on the platform of Borland O+ BuilderS.O, with the application of a large amount of VCL components and Win32 API functions.
This paper adapts TI's DSP TMS320C542 as the core of underwater acoustic Fax modem to realize the digital frequency synthesizer, modulation, and Goertzel spectral analysis demodulation. TLC320AC01 is used to realize the interface of DSP and analog signals. As to the communication between DSP's synchronous serial port and PC's asynchronous serial port, the paper designs a special DSP algorithm to realize this compatible communication with a software interface.
高噪、强多途干扰、传输衰耗大等众多因素的制约，是至今难度最大的无线通
信信道。水声通信技术也由此成为水声技术领域中一个极其复杂、极具挑战性
的研究方向。
将传真通信应用于水声领域，是一个比较新的研究课题。本论文对水声传
真通信进行了初步的研究与探索。
在商业办公领域，传真机(Fax machine)是一种应用广泛、非常实用的电
子设备。传真的意义在于多页静止文本页面的传输与精确重现。而水声信道的
传真发送除了具备传统的传真发送的意义，还有着其特殊的意义：在信道状况
及其恶劣，纯数据通信完全无法实现的情况下，串行图像扫描传输机制的传真
发送，以文本重现的方式提供了数据传输的另一个可行方案。
本论文初步构造了一个水声传真通信系统。完成了PC传真软件的设计和水
声传真Modem的设计。
针对水声信道的强多途干扰特性，以及传真文本文件的特殊冗余特性，本
论文设计了特殊的传真文件压缩／解压算法和调制／解调方案。在Borland
C++Builder 5． 0平台下，使用其VCL组件和大量win32 API函数完成了水声
传真软件的编程，实现了传真文件的无损压缩、解压恢复以及打印控制。
论文采用TI公司的高性能DSP芯片TMS320C542作为水声传真Modem的主
控芯片，实现数字频率合成调制发送和接收端的Goertzel频谱分析解调。采
用TLC320AC01音频级模拟接口芯片实现了DSP与模拟信号的接口。对于DSP
同步串口与PC异步串行口之间的通信，本论文设计了专门的DSP算法，使用软
件接口，实现了同步串口与异步串口之间的匹配通信。
Underwater acoustic channel is a complex time-, space- and frequency-variant channel, which is restricted by numbers of negative factors, e.g. narrow band, high ambient noise, multipath distortion and deep fading. Based on this most difficult wireless channel, underwater acoustic communication therefore becomes one of the most complex and challenging research directions in the field of underwater acoustic technology.
Underwater acoustic Fax communication is a new application of using Fax communication into underwater acoustic area. This paper makes a primary exploration into this new application field.
Fax machine is a widely-used electronic equipment in offices. The significance of Fax lies in the transmission of multi-page text pages and the accurate reconstruction in receiver. Besides this classic significance of Fax, underwater acoustic Fax communication has its own special significance: Under bad channel conditions, pure data communication is hardly to be implemented. In this case, Fax communication, which is based on the principle of serial image scanning transmission, provides an alternative method of data communication by the way of text reconstruction in receiver.
This paper constructs an underwater acoustic Fax communication system and implements the design of PC Fax software and the design of underwater acoustic Fax modem.
Taking account of the multipath of underwater acoustic channel and the special redundancy of Fax files, this paper designs special compression/decompression and modulation/demodulation algorithms. The programming of Fax software is realized on the platform of Borland O+ BuilderS.O, with the application of a large amount of VCL components and Win32 API functions.
This paper adapts TI's DSP TMS320C542 as the core of underwater acoustic Fax modem to realize the digital frequency synthesizer, modulation, and Goertzel spectral analysis demodulation. TLC320AC01 is used to realize the interface of DSP and analog signals. As to the communication between DSP's synchronous serial port and PC's asynchronous serial port, the paper designs a special DSP algorithm to realize this compatible communication with a software interface.
引文
[1] [美]Joe Campbell著，徐国定、廖卫东、张庆译，串行通信C程序员指 南，清华大学出版社，1995。
[2] 戴明桢，TMS320C54x数字信号处理器结构、原理及应用，TI DSPS University， 1999。
[3] 田坦、刘国枝、孙大军，声呐技术，哈尔滨工程大学出版社，1999。
[4] 曾志民等，调制解调器原理及其应用，人民邮电出版社，1995。
[5] 深圳市网通软件有限公司，MODEM应用技术，电子工业出版社，1995。
[6] 刘立柱，数字传真通信，人民邮电出版社，1996。
[7] 唐力、聂秀英，数字传真机原理及应用，人民邮电出版社，1995。
[8] 李建华、郭明，RS-232和调制解调器高级通信编程，人民邮电出版社， 2001。
[9] 朱梅英，传真通信与调制解调器，人民邮电出版社，1996。
[10] D．E．约翰逊、J．L．希尔伯恩著，潘秋明译，有源滤波器的快速实用 设计，人民邮电出版社，1980。
[11] 张万里、陈战林等，C++Builder 5． 0高级开发技巧与范例，电子工业 出版社，2001。
[12] John G．Proakis，数字通信(第四版)，麦格劳-希尔教育出版集团，电 子工业出版社，2001。
[13] 许克平、许天增、许茹、程恩、王清池、粘宝卿，基于水声的水下无线 通信研究，厦门大学学报(自然科学版)，第40卷，第二期，2001。
[14] 许俊，水声语音通信研究，博士学位论文，厦门大学电子工程系，2000。
[15] 许祥滨，抗多途径干扰水声语音通信的研究，硕士学位论文，厦门大学 电子工程系，2000。
[16] 刘伯胜、雷家煜主编，水声学原理，哈尔滨工程大学出版社，1993。
[17] 杨士莪，水声传播原理，哈尔滨工程大学出版社，1994。
[2] 戴明桢，TMS320C54x数字信号处理器结构、原理及应用，TI DSPS University， 1999。
[3] 田坦、刘国枝、孙大军，声呐技术，哈尔滨工程大学出版社，1999。
[4] 曾志民等，调制解调器原理及其应用，人民邮电出版社，1995。
[5] 深圳市网通软件有限公司，MODEM应用技术，电子工业出版社，1995。
[6] 刘立柱，数字传真通信，人民邮电出版社，1996。
[7] 唐力、聂秀英，数字传真机原理及应用，人民邮电出版社，1995。
[8] 李建华、郭明，RS-232和调制解调器高级通信编程，人民邮电出版社， 2001。
[9] 朱梅英，传真通信与调制解调器，人民邮电出版社，1996。
[10] D．E．约翰逊、J．L．希尔伯恩著，潘秋明译，有源滤波器的快速实用 设计，人民邮电出版社，1980。
[11] 张万里、陈战林等，C++Builder 5． 0高级开发技巧与范例，电子工业 出版社，2001。
[12] John G．Proakis，数字通信(第四版)，麦格劳-希尔教育出版集团，电 子工业出版社，2001。
[13] 许克平、许天增、许茹、程恩、王清池、粘宝卿，基于水声的水下无线 通信研究，厦门大学学报(自然科学版)，第40卷，第二期，2001。
[14] 许俊，水声语音通信研究，博士学位论文，厦门大学电子工程系，2000。
[15] 许祥滨，抗多途径干扰水声语音通信的研究，硕士学位论文，厦门大学 电子工程系，2000。
[16] 刘伯胜、雷家煜主编，水声学原理，哈尔滨工程大学出版社，1993。
[17] 杨士莪，水声传播原理，哈尔滨工程大学出版社，1994。