水声通信技术的发展
黄建国
西北工业大学
2007.7
一、水声通信应用背景
母舰与蛙人之间通信
母舰与潜艇之间的通信
蛙人之间的语音通信
水面舰艇及潜艇与UUV通信潜艇之间水声通信
母舰与UUV及UUV之间的水声通信
水声通信网络
二、水声通信信道特征
水声通信信道是数字通信中最困难的无线信道 信道带宽有限
多径传播时延大
时变性及衰落特征
水声传播示意图
35 30
海洋环境噪声
三、国内外水声通信现状
水声通信技术现状(2000年)
四、近程水声通信
1. 相位相干高速水声通信方法
a.调制方式：MPSK，QAM(16QAM,64QAM)。

b.自适应均衡器与二阶锁相环的联合。

c.阵列处理和多通道分集接收。

d.系统性能对均衡器阶数和步长选择较敏感。

e.在复杂快变水声信道中的稳健相位相干高速通信方法。

前馈横向
判决器 n p V (t)n d ^n
d ~
2. OFDM高速水声通信技术
a.高速，频谱利用率高。

b.接收机简单。

c.对频率偏移、多普勒敏感。

d.峰平功率比高。

串并子
载
插
入
插
入
循
输入
3. 单载波频域均衡水声通信技术
a.系统结构和OFDM相似，但弥补了OFDM的缺点。

b.IFFT/FFT位置全部在接收端。

c.理论研究表明：两者性能一致，且高信噪比时，单载波频域
均衡性能较优。

d.高速、频谱利用率高。

e.接收机简单。

f.对频率偏移、多普勒不敏感、无峰平功率比问题。

串并插
入
插
入
循
输入
五、远程水声通信
1. 频移键控技术（MFSK）
(利用不同频率的正弦信号表示信息。

)
a.稳定性较高，接收机结构简单。

b.抗信道频率选择性衰落能力较差。

c.带宽利用率低(一般在0.5bps/Hz以下)。

d.目前美国的海洋万维网所采用的ATM Modem主要采
用MFSK技术。

2. 扩频技术
（用于远距离、隐蔽水声通信）
直接序列扩频技术(DSSS)
线性调频扩频技术(Chirp)
七、水声网络通信研究进展及试验结果
●FDMA
带宽利用率低，不适合在带宽有限的水声信道中使用。

●TDMA
同步要求高。

●CDMA
多用户可共用一个频段，带宽利用率高，同步要求低于
TDMA 。

( DS-CDMA & MC-CDMA)
提出一种新型CDMA水声网络通信接入方案。

在带宽利用率，稳定性，作用距离方面均超过常规DS-CDMA技术。

湖上试验研究表明：
在2用户，4用户时，能实现25km以内的稳定水声网络通信。

带宽2kHz，每用户数据率可达及285bps&173bps，误码率小于10-4。

八、水声通信研究方向●近程高速，远程低速水声通信；
●水声通信系统建模与仿真，性能评估；
谢谢大家。