1水声通信技术的历史
世界水下通信技术的雏形是在1914年所研制成功的水声电报系统，之后到了1945年时，美国海军水声实验室又研制成功了应用单边带调制技术的水下电话，其广泛的应用在了潜艇之间的通信工作中。到了二十世纪的七十年代，电子信息技术得到了十分迅速的发展，数字调制技术也应用在了新一代的水声通信系统中，由于其采用了纠错编码技术，数据传输的稳定性就得到了极大提升，同时其也能够对频域和时域上的信道畸变进行补偿。之后又相继出现了各种采用快速解调的算法，其中，频移键控调制、相移键控调制和幅移键控调制是行业中最主流的三种数字调制技术，其简称分别为FSK、PSK和ASK。随着用于空间无线电衰落信道技术的快速发展，水声通信的下一代系统对数字编码的数据采用的方式也随之发展成频移键控的方式，其并不是相位检测的算法，而是能量检测的算法，频移键控系统对于信道的频率和时间是具有较为稳健的特性的。采用数字技术有两大优势，第一，它是可以应用纠错编码技术的，传输的可靠性得到了提升；第二，其可以对信道混响进行频率和时间上的补偿。随着我国处理器技术的不断发展，又相继出现了很多种频移键控算法，调制的速率得到了很大提升。而从本质上讲，与早期的系统相比，这些非相干的FSK调制解调器与其是类似的，其也有效的提升了硬件设计的水平。宽带系统对于调制的频率、调制的速度、信号的产生以及灵敏度是有着很高的要求的，那么这就加大了系统实现的难度，而随着处理器技术的快速的发展，这些问题也都被逐步的解决了。现阶段，远程传输工作中最主要的一个问题就是功率的有效性问题。虽然FSK调制具有十分良好的可靠性，但是相比较而言其也有着一定的缺陷，首先非相干系统的频带利用效率是很低的，而本身水声信道的带宽就是十分有限的，那么在多用户的网络以及远距离的图像传输等高速率的传输和应用工作中，非相干系统的适应性都是较差的，并且更大的数据传输速率距离乘积也要求了应更好的应用相干调制系统。通常情况下，通信信道可以分为功率受限信道和带宽受限信道两大类，那么如果信道是不同的，就应该采用不同的调制策略，这种划分是非常有必要的。只有低速率远距离的SOFAR信道等一些少数的水声信道是功率受限的，其余大部分的水声信道都是带宽受限的，所以，在现阶段对水声通信技术进行研究时，其核心的内容还是带宽效率高的相干信号。进入到二十一世纪后，在水声通信行业中已经出现了基于相位相干的系统，而这一系统在过去则是让人不敢想象的，这主要是由于在二十世纪的八十年代时，所有的研究人员都认为海洋信道是具有明显的多径和时变特性的，因此，其是不可能采用相位相干的调制方式的。数据速率与信道带宽的比值就是带宽的有效性，而由于带宽有效性这一比值的不断提升，再加上我国高速数字信号处理能力的不断提高，这都刺激了相位相干系统的应用前景。
2水声通信技术的现状
从二十世纪的九十年代开始，在我国的水声领域开始重点研究高速相干通信技术，那么随之就出现了各种基于PSK调制的通信系统。首先，在90年代的早期，在水平海洋信道中先是开始应用相位相干系统，其采用的是正交相移键控调制技术，其数据传输速率非常快，这一技术将一个二阶锁相环和一个判决反馈均衡器有机的结合到了一起，其也使在沿海地区和海浪地区的信道通信工作成为了可能。之后，到了90年代中后期，相关人员开始重点研究水声通信的各种新技术，如水下通信网络、水下多载波调制技术、空间分集技术以及码分多址扩谱技术等，并都取得了一定的研究成果。
3水声通信技术的发展
在对水声通信技术进行研究的过程中，相位相干系统仍是我们最主要的研究对象，这主要是由于其他水声通信技术也都是以此为基础的，而现阶段的研究热点主要有纠错编码、自适应均衡以及阵处理等。然而，在空间通信中，扩谱技术的应用已经越来越广泛了，因此，在水声通信系统中，其也将会具有广阔的应用前景。因为水声信道是具有一定特殊性，这也限制了水声通信技术的发展速度，然而即使是到现在，水下可以进行远程信息传输的唯一媒体却仍然是声波。空气介质与水介质的特性是有着明显区别的，因此，水声信道与空气中的无线电信道就也是有区别的，作为一种时间散布快速衰落的信道，水声信道是具有多普勒不稳定性的。其衰耗的因素有很多，频率对其声传播的损失有重要影响，同时海水的距离、密度、深度、含盐度以及温度等因素也都会对其产生影响，这就导致了远程水声信道的带宽是十分有限的。海水中的声速剖面是不均匀的分布的，而这就导致了声线的完全，同时由于声波是存在着随机散射和界面反射的现象的，因此声波接收信号就会出现多途效应。在实现高速通信的进程中，多途传输效应以及信道带宽的有限性就会导致码间出现相互干扰的问题，所接收的数据也会出现误码的现象。在不同的季节或是不同的海区，即使是同一声源发出的声波，其传播情况可能也有较大差异，所以与无线电信道相比，无论是其各种限制因素还是其空变和时变性，水声信道都是更为复杂的。在对现代水声通信技术的研究工作进行横向比较时，我们发现大部分的研究水声通信工作的机构还都集中在欧美以及日本等发达国家的大学和科研机构，并且这些国外的公司也开发出了很多应用产品，与这些国家相比，我国对水声通信技术的研究工作起步较晚，但是由于我国科研技术水平的不断提升，我们也取得了一定的成绩。从二十世纪的九十年代开始，我国的一些科研单位对水声通信技术进行了大量的研究工作，并且在通信网络、语音通信、水下图像传输、水雷远程遥控、扩频通信以及自适应均衡技术纠错编码等方面都取得了很好的成绩。但是与国际的先进水平相比，我国在水声通信领域的研究水平还是存在着一定的差距的。
4结束语
通过以上的论述，我们对水声通信技术的历史、水声通信技术的现状以及水声通信技术的发展三个方面的内容进行了详细的分析和探讨。世界上各个国家对水声通信技术的研究工作已经经过了几十年的发展历程，随着无线电通信技术的发展，水声通信技术也得到了较为快速的发展，但是由于水声信道具有一定的复杂性和特殊性，这也对水声通信的快速发展产生了限制作用，并且像浅海水平信道中的高数据率的信息传输等问题直到现在也没有得到较好的解决，因此，行业中的研究者应继续投入更大的努力，不断的创新现有的技核心期刊术，从而促进我国水声通信技术的良性发展。
作者：赵红光 单位：中国人民解放军91439部队
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