水聲通信技術(shù)的難點(diǎn)

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(yuǎn)方的接收端去。聲波會(huì)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(duì)水聲通信的影響有以下?5?點(diǎn)。

吸收衰減。海水對(duì)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(lái)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(duì)比不同工作頻率的通信機(jī)的性能，一般用通信速率和通信距離的乘積來(lái)表征一個(gè)通信系統(tǒng)的性能。

多途傳播。發(fā)射端發(fā)射的聲波會(huì)沿著多條不同的路徑傳播，接收端將先后收到同一個(gè)信號(hào)經(jīng)過(guò)不同路徑后到達(dá)的多個(gè)信號(hào)，這種現(xiàn)象被稱為“多途傳播”，簡(jiǎn)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(dá)信號(hào)的強(qiáng)度及時(shí)延，在深海信道時(shí)延可達(dá)幾秒，在淺海信道一般是毫秒量級(jí)，長(zhǎng)的可達(dá)百毫秒量級(jí)。多途一方面會(huì)造成信號(hào)拖尾，前面的信號(hào)干擾后面的信號(hào)——信號(hào)傳輸速率越高，單個(gè)符號(hào)的持續(xù)時(shí)間越短，相同多途時(shí)延擴(kuò)展影響到的符號(hào)數(shù)目越多，接收信號(hào)質(zhì)量越差，系統(tǒng)性能越差；另一方面，多途還會(huì)造成某些頻率的信號(hào)被增強(qiáng)而另一些頻率的信號(hào)被削弱，這種現(xiàn)象被稱為頻率選擇性衰落，這種強(qiáng)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(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收信號(hào)的頻率將會(huì)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(duì)運(yùn)動(dòng)之外，起伏的海面對(duì)聲波的反射、水中湍流對(duì)聲波的折射等現(xiàn)象也會(huì)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(kuò)散。由于聲波的傳播速度低，使得同樣運(yùn)動(dòng)速度時(shí)水聲通信中多普勒效應(yīng)比無(wú)線電通信中嚴(yán)重?10?萬(wàn)倍。

時(shí)變性。水聲信道具有時(shí)變性，因此水聲信道被稱為時(shí)變的時(shí)延-多普勒頻移雙擴(kuò)散信道。由于聲波的傳播速度低、通信的符號(hào)周期較長(zhǎng)，使得信道的時(shí)變性對(duì)通信的影響更加明顯，對(duì)時(shí)延擴(kuò)散和多普勒頻移擴(kuò)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(duì)水聲通信有嚴(yán)重的影響。

水聲通信信道是非常復(fù)雜多變的時(shí)延-多普勒頻移雙擴(kuò)散信道，帶寬窄、傳播速度慢、噪聲嚴(yán)重，聲波在信道中傳輸時(shí)發(fā)生各種失真，到接收端的時(shí)候聲波信號(hào)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(wú)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(cuò)技術(shù)等。

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