水聲通信技術(shù)的難點

水聲通信技術(shù)在發(fā)送端把信息添加到聲波中，讓聲波把信息帶到遠方的接收端去。聲波會穿透海水，被海水吸收、折射、散射，被海底和海面反射，被噪聲干擾，聲波從發(fā)送端到接收端所經(jīng)歷的環(huán)境稱之為水聲信道。信道對水聲通信的影響有以下?5?點。

吸收衰減。海水對聲波的吸收衰減是隨頻率指數(shù)上升的，這一方面導(dǎo)致水聲通信的帶寬很窄，通信速率低；另一方面導(dǎo)致頻率越高通信距離越短。1?kHz?的聲波可以傳幾十甚至上百公里，10?kHz?的聲波可以傳十來公里，100?kHz?的只能傳幾百米，1?MHz?的就只能傳幾米。通信速率和通信距離基本上呈現(xiàn)反比的關(guān)系，為了對比不同工作頻率的通信機的性能，一般用通信速率和通信距離的乘積來表征一個通信系統(tǒng)的性能。

多途傳播。發(fā)射端發(fā)射的聲波會沿著多條不同的路徑傳播，接收端將先后收到同一個信號經(jīng)過不同路徑后到達的多個信號，這種現(xiàn)象被稱為“多途傳播”，簡稱“多途”。水聲信道決定了多途傳播路徑的數(shù)目以及各到達信號的強度及時延，在深海信道時延可達幾秒，在淺海信道一般是毫秒量級，長的可達百毫秒量級。多途一方面會造成信號拖尾，前面的信號干擾后面的信號——信號傳輸速率越高，單個符號的持續(xù)時間越短，相同多途時延擴展影響到的符號數(shù)目越多，接收信號質(zhì)量越差，系統(tǒng)性能越差；另一方面，多途還會造成某些頻率的信號被增強而另一些頻率的信號被削弱，這種現(xiàn)象被稱為頻率選擇性衰落，這種強弱變化還和空間位置有關(guān)系，稱為空間選擇性衰落。

多普勒頻移。當(dāng)水聲通信的發(fā)射端與接收端做相對運動時，接收信號的頻率將會發(fā)生變化，這種現(xiàn)象稱為多普勒效應(yīng)，而頻率的變化稱為多普勒頻移。除了通信設(shè)備相對運動之外，起伏的海面對聲波的反射、水中湍流對聲波的折射等現(xiàn)象也會引入多普勒頻移，使得接收端的多普勒偏離變化不是單一的，而是一種不連續(xù)的分布，這被稱為多普勒頻移擴散。由于聲波的傳播速度低，使得同樣運動速度時水聲通信中多普勒效應(yīng)比無線電通信中嚴重?10?萬倍。

時變性。水聲信道具有時變性，因此水聲信道被稱為時變的時延-多普勒頻移雙擴散信道。由于聲波的傳播速度低、通信的符號周期較長，使得信道的時變性對通信的影響更加明顯，對時延擴散和多普勒頻移擴散的處理變得更加困難。

環(huán)境噪聲。天然的和人工因素造成的環(huán)境噪聲對水聲通信有嚴重的影響。

水聲通信信道是非常復(fù)雜多變的時延-多普勒頻移雙擴散信道，帶寬窄、傳播速度慢、噪聲嚴重，聲波在信道中傳輸時發(fā)生各種失真，到接收端的時候聲波信號已經(jīng)面目全非了。如何在發(fā)送端往聲波中添加更多的信息并且能夠在接收端從變形的聲波中準(zhǔn)確無誤地恢復(fù)出發(fā)送端添加的信息是水聲通信技術(shù)的核心，主要技術(shù)包括調(diào)制解調(diào)和糾錯技術(shù)等。

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