水聲通信技術的難點

水聲通信技術在發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，聲波從發送端到接收端所經歷的環境稱之為水聲信道。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上升的，這一方面導致水聲通信的帶寬很窄，通信速率低；另一方面導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反比的關系，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的性能。

多途傳播。發射端發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過不同路徑后到達的多個信號，這種現象被稱為“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，單個符號的持續時間越短，相同多途時延擴展影響到的符號數目越多，接收信號質量越差，系統性能越差；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系，稱為空間選擇性衰落。

多普勒頻移。當水聲通信的發射端與接收端做相對運動時，接收信號的頻率將會發生變化，這種現象稱為多普勒效應，而頻率的變化稱為多普勒頻移。除了通信設備相對運動之外，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。

環境噪聲。天然的和人工因素造成的環境噪聲對水聲通信有嚴重的影響。

水聲通信信道是非常復雜多變的時延-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生各種失真，到接收端的時候聲波信號已經面目全非了。如何在發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確無誤地恢復出發送端添加的信息是水聲通信技術的核心，主要技術包括調制解調和糾錯技術等。

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