1.1 目的及意义

目前常用的水声通信方案分为有缆通信和无线通信方式。有缆通信虽然技术相对成熟，能够有效地支持信息高速稳定地传输，然而考虑到在海洋环境中，通信 缆道的铺设安装复杂、维护费用高昂，目标活动范围易受限制且容易对其他海洋活 动产生影响，因此不宜采用该通信方案。水下无线通信是水下网络的关键，它主要包括3类，分别是：根据它们不同的特性及应用场合，可分为水下电磁波通信、水下光通信和水声通信。水性地磁波通信虽受水文条件影响甚微，通信稳定，但传播衰减大；水下光通信的激光信号需要直线对准传输，且容易被水吸收，再加上水中的浮游生物和悬浮粒子将使其发生散射，同时水中的自然光还会对光信号进行干扰，这两种通信方式均只适应短距离。相较之下，在水中声波的衰减小得多是中长距离水下通信的最有效的手段。

1.2 国内外的研究现状分析

水声通信技术诞生于20世纪中叶，以模拟通信体制为主，逐步过渡到水声数 字通信，并将现代无线电通信体系引入到水声通信中。水声通信系统大致可分为四个发展阶段：模拟阶段、非相干数字阶段、相干数字阶段和高速水声通信阶段。下面简要进行介绍。

第一阶段为模拟水声通信阶段。早在1945年，美国海军水声实验室采用模拟 单边带调制技术研制出水声电话机。随后出现了用于船舶和海底通信的模拟单 边带或幅度调制的水声通信系统。该阶段由于模拟信号易受到水声信道的随机 选择性衰落和多途效应的畸变影响，误码率较高、功率利用率不强，遇到稍微复杂 的海况就会出现通信中断的现象，性能较差。

第二阶段为非相干数字水声通信阶段。非相干数字水声通信技术能够对水声 信道产生的衰落影响进行补偿，并利用纠错编码技术来提高数据传输的可靠性、降 低误码率。然而非相干数字解调会导致部分信息的丢失，对水声信道的时延扩展和多普勒扩展的影响比较敏感。因此仅适用于语音、文 字等数据量较低的通信。

第三阶段为相干数字水声通信阶段。该阶段的主要目的是减轻由于水下多径 传播导致的码间干扰(ISI)的影响。为了攻克这种难题，人们首先研究了水下多径 传播的机理以及如何对此进行预报，文献指出早在20世纪60年代，在研究黑 海水下声道近距离传播时，详细地研究了水下声道脉冲形状，计算了不同声线到达 接收点脉冲的到达时间差以及相应振幅。1995年，朱业和张仁和等采用射线-简正 波理论，对水声信道的多途波形结构进行了分析预测，其仿真结果很好地符合 实验数据。1994年，Milica Stojanovic等人设计了一款能够执行最佳相位同步和信道均衡的接收机，该方案采用一种结合了递归最小二乘法与二阶数字锁相环的 自适应均衡算法，其海试实验表明，该均衡器可以消除符号延迟的追踪要求，证明在多途到达中实现相干合并的能力。

随着陆上移动通信的发展和应用以及集成电路等硬件技术的迅速发展，水声通 信进入第四个阶段--高速水声通信阶段。该阶段的发展思路是将现代无线电通信 技术引入到水声通信中，验证其在水声信道中的可行性，并取得了一系列成果^[。 例如，WHOI组织研制的一种基于QPSK调制的系统，采用判决反馈均衡器(DFE) 和锁相环技术（PLL)，其海试结果表明，在通信距离为110海里的深海信道中传 输速率为660bps，在通信距离为2海里的浅海信道中传输速率达到10kbps。

近年来高速水声通信技术主要有两个研究方向，一种是扩频技术，这项技术能 够抗多径干扰并提高频谱利用率；另一种是正交频分复用（OFDM)技术，这项技 术能够在不使用复杂信道均衡技术的条件下仍然可以较好地克服由多径效应引起 的码间干扰（ISI) 。