水声通信学习资料
第5讲 相干水声通信技术.
低通 已调信号 输入 带通 滤波器
鉴相器
定时脉冲 0V
抽样 数据输出 判决器
本地载波 定时脉冲 0V
相干解调又称为2PSK同步检测法解调
2PSK解调
1
1
a
100
100
b
c d
e
假设前后相邻码元的载波相位差为 ，为了 解决2PSK信号解调过程的反向工作问题，可
2ASK： 门限判决（门限与信号有关） 2PSK： 极性判决（固定门限 = 0） 2FSK： 相对判决（无门限）
信道稳定性
2FSK > 2DPSK >2PSK > 2ASK
设备的复杂程度
相干解调的设备比非相干解调时复杂 非相干解调时
2DPSK >2FSK > 2ASK
多普勒的敏感性
相干解调比非相干解调敏感 非相干解调时
解调方式 相干： 同步检测
二进制数字通信系统抗噪声性能
OOK 2FSK 2PSK 2DPSK
非相干
1 er 4 2
1 er 2 2
1 er 2
相干
1 erfc r 22
1 erfc r
2
2
1 erfc r 2
erfc
r
1
1 2
erfc
r
误码率：
对同样的调制方式： 相干解调方式略优于非相干解调方式。
双极性 不归零
载波
模拟调制法
e0(t) stcosct
载波
开关
~
0 π
S e0(t)
π
S(t)
移相
键控法
e0
(t)
ccoosscctt
水声通信组网技术水声网络路由分解PPT学习教案
按是否依赖定位分类：基于网络拓扑的路由协议 基于位置的路由协议
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2 路由协议的分类 ——平面路由协议
所有结点在形成和维护路由信息的责任上是等同 的。路由协议的逻辑视图是平面结构，结点的地 位是平等的。
➢ RREQ（route request) ➢ RREP（route reply)
➢ 路由维护 (route maintenance)（按需进行）
网络仅对active route进行维护，对其他路由不闻 不问
➢ RERR（route error)
➢ 维持路由表信息的第正23页确/共性49页和实效性
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优点：不存在特殊结点，路由协议的鲁棒性较好， 通信流量平均的分散在网络中，不需要结点移动 性管理
缺点：缺乏可扩展性，限制了网络的规模
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2 路由协议的分类
——分级路由协议
网络由多个簇组成 结点分为两种类型：普通结点和簇头结点。 处于同一簇的簇头结点和普通结点共同维护所在簇内部的路由信
自组织网目前主要以一种末端网络形式存在，应用规模都较小， 使用簇思想的作用不明显
在一定程度上抑制了簇思想在自组织网中的研究
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2 路由协议的分类
按路由发现的策略划分，MANET路由协议可分为三类：
主动路由协议（global/proactive routing protocol） 被动路由协议(on-demand/reactive routing protocol) 混合路由协议(hybrid routing protocol)
水声通信原理
水声通信原理水声通信是一种利用水介质传输信息的通信方式，它在海洋科学、海洋资源勘探、水下探测等领域有着广泛的应用。
水声通信利用水的传导性能，通过声波在水中的传播来进行信息传输，具有传输距离远、传输速度快、抗干扰能力强等优点。
本文将介绍水声通信的原理及其相关知识。
1. 声波在水中的传播特性。
声波是一种机械波，它需要介质来传播。
在水中，声波的传播速度约为1500米/秒，这个速度比空气中的声速要快得多。
由于水的密度大、分子间的相互作用力强，声波在水中的传播距离也更远。
另外，水中的声波传播还受到水温、盐度、压力等因素的影响。
2. 水声通信系统的组成。
水声通信系统通常由发射器、接收器和信号处理器组成。
发射器将电信号转换为声波信号，并将其传播到水中；接收器接收水中的声波信号，并将其转换为电信号；信号处理器用于对接收到的信号进行处理和解码，以获取所需的信息。
3. 水声通信的应用。
水声通信在海洋科学研究中有着重要的应用，比如海洋动力学、海洋地质学、海洋生物学等领域；在海洋资源勘探中，水声通信可以用于声纳探测、声呐定位等；在水下探测领域，水声通信可以用于水下声呐、水下通信等方面。
此外，水声通信还被广泛应用于水下定位、水下导航、水下通信等方面。
4. 水声通信的发展趋势。
随着科学技术的不断发展，水声通信技术也在不断进步。
未来，人们将更加关注水声通信系统的节能性能、抗干扰能力、传输速度等方面的提升，以满足更广泛的应用需求。
同时，水声通信系统的智能化、自适应性也将成为发展的重点方向。
总结。
水声通信作为一种重要的通信方式，其原理和应用具有重要的科学研究和实际应用价值。
通过对水声通信的传播特性、系统组成、应用领域和发展趋势的介绍，我们可以更好地了解水声通信技术，并为其未来的发展提供一定的参考。
希望本文对您有所帮助，谢谢阅读！。
水声通信技术总结
水声通信技术总结
水声通信技术是一种利用水介质进行信息传递的通信技术。
该技术主要应用在海洋测量、水下探测、海底资源开发等领域，以及军事领域的水下通信。
水声通信技术的优点在于传输距离远、传输速度较快、不受电磁干扰、适用于深海等环境。
但是也存在一些问题，如传输距离会受到水温、盐度、压力等因素的影响，同时水声信号易受到环境噪声的影响。
水声通信技术主要包括单载波调制、多载波调制、脉冲编码调制等多种调制方式。
其中，单载波调制是最常用的一种方式，其利用单一的载波信号进行传输。
多载波调制则采用多个载波信号进行传输，可以提高传输速度和传输距离，但同时也增加了复杂度。
脉冲编码调制通过对脉冲进行编码，可以在保证传输速度的同时提高传输质量。
除了调制方式，水声通信技术还需要考虑信号处理、信道建模等问题。
信号处理可以提高信号的质量和可靠性，包括预处理、滤波、解调等。
信道建模则是估算水声信号在水中传播时的损耗、传播路径等信息，以便对传输进行优化。
总的来说，水声通信技术是一种在特定环境下具有优异性能的通信技术，未来将继续得到广泛应用和研究。
- 1 -。
水声通信原理及信号处理技术
水声通信原理及信号处理技术1 水声通信原理水声通信是一种新兴的远距离无线通信技术，使用湖泊、河流、港湾或海洋作为传输媒体，通过声波来进行通信传输，能够取代传统的无线电传输技术，在不到视线的情况下，实现低功率、远距离可靠的数据传输。
水声传输原理就是用某一频率、某一声势大小的声音，压缩在水下传播而成的波，其特殊结构引发水声环，另一端接收环入口处有探头监听，若火车口处的声音与入口处听到的声音一致，则表示通信实现成功。
2 水声传感器水声传感器是水声通信技术的核心设备，其中包括收发双方的水声接收头。
发射端的水声接收头的作用是，将固定的水声发射源转换成动态的声波，然后将声波在水中传播；接收端的水声接收头可以侦测周围的水声，然后将水声转换成电信号，以便进行二次处理。
接收声音的信号由水声接收头输出，该信号经电缆传输到水声信号处理器，在水声信号处理器中，水声信号经过滤波、调理、增强等处理，以便实现高精度的传输。
3 水声信号处理技术水声信号处理技术综合了数字信号处理、信号检测/识别技术以及电路设计，通过不断优化设计结构，可实现更高的发射质量和更高的模块效率。
一般来说，水声信号的处理可以由三个模块实现：滤波器、功放和调制器。
滤波器先用于将水声信号过滤，滤掉失真信号和噪声，以便后续的处理；功放模块功能是增强水声信号；最后调制器模块可实现各种调制形式，如BPSK、QPSK和MQAM等等。
4 结论水声通信是当前技术前沿的无线通信方式，不仅可以实现低功耗、远距离的可靠数据传输，而且可用于求救救助、重要信息收集等多种领域。
水声通信的有效性主要取决于水声传感器的工作性能，而水声信号处理技术的发展也可以有效提高水声通信性能，实现更精准的数据传输。
现代水声通信第三讲资料
•••
sN 0••0••0••••0•• •
3.3 M元FSK调制
f 1 T
1
-T/2
T/2
3.3 M元FSK调制
空间图
f 2 (t)
s2 2
2
s1 f1 (t)
s3 2
f3 (t)
M=N=3
f 2 (t)
s2
2
s1
f1 (t )
M=N=2
MFSK信号空间图
3.4加性高斯白噪声信道的性能比较
误比特率 Pb=10-6 Pb=10-4
调制方式 PSK QAM FSK PSK QAM FSK
M=2 10.51
13.51 8.39
11.39
M=4 10.51 10.51 10.75 8.39 8.39 8.77
M=8 13.95 13.25 9.23 11.71 11.28 7.35
M=16 18.42 14.39 8.21 16.14 12.19 6.43
sm (t ) Re[( Amc jAms )g(t )e j2fct ]••(m 1, 2, , M ,••0 t T )
• Amc g(t )cos 2fct Ams g(t )sin 2fct
Amc和Ams是承载信息的正交载波的信号幅度
3.2 M元QAM调制
星座图
a
b
M＝4 QAM信号星座图
2
2
• g(t)cos M (m 1)cos 2fct g(t)sin M (m 1)sin 2fct
g(t) 是信号脉冲形状
m 2(m 1) / M•
是载波的M个可能的相位
•(m 1, 2, , M )
g 2 信号波形具有相等的能量
水声通信组网技术第一讲水下信息网络概论
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 自动最佳路由选择
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
有线回传 最佳路由 备选替换路由
Wi-Fi Wi-Fi
传输信道包括：FDMA（某个频隙）、TDMA （某个时 隙） 、CDMA （某个码道）
1.无线通信网络概述
有基础设施网
市长 用户 内 途
交交 换换 设设 备备
基
移
站
动
交
基 站
换 设 备
地 球 站 数 字微 多波 路设 设备 备 光 传 输 终 端 设 备
本地 网
通信ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ卫星
光再 生中继设 备 ( 光 放大器 )
1.无线通信网络概述
无基础设施网
无基础设施网也称为自组织网（自组网），由多个 移动节点组成的多跳无线网络。
与有基础设施网的区别：
•不需要预设的基础设施（BS、AP）； •网络的组织是临时的、按需的、自动的； •必须采用分布式的控制方式。
1.无线通信网络概述
举例1：蜂窝移动通信系统
1.无线通信网络概述
1.无线通信网络概述
举例2：移动Ad hoc网络——特点 无中心网络的自组性
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
Wi-Fi
水声通信技术
水声通信技术水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。
水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。
水声通信及网络可灵活地用于不同的速率载荷、覆盖距离、水体深度、网络结构的情景，可广泛地应用于海洋环境观测，实现水下不同空间位置多个观测设备之间的信息交互。
同时，水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣，对通信算法和设备可靠性有较高要求，水声通信及组网成为目前的研究热点。
水声通信网络在国外已有20a发展历史，开展较早且具有代表性的是美国的Seaweb网络。
美国的Seaweb网络经过多年的试验，实现了多固定节点的组网、自适应节点路由初始化、潜艇和AUV的数据接入、利用固定节点对AUV定位、分簇网络等多种功能，在基于卫星浮标的远海观测网、港口近岸的水下侦查网络及军用水下航行器指令传输及定位等应用中展示了很好的应用效果和技术先进性。
欧洲也开展了试验研究。
近年来，在国家“863”计划、军方、国家自然科学基金等支持下，我国水声通信领域在通信算法、通信机研制、网络协议仿真、组网应用试验、协议规范制定等方面取得长足进步。
本文主要介绍面向海洋环境监测的水声通信网技术，并对未来的技术趋势进行展望。
水声通信信道是复杂的信道，信道带宽窄、传播速度慢、时变性强、频率选择性衰落、噪声严重等不利因素在水声通信信道中都很明显。
如何针对水声信道特点，采取高性能、可实现的通信算法，是水声通信领域的关键问题。
物理层主要解决利用信道进行点对点的可靠通信的问题，物理层技术方案主要包括调制解调和纠错码两部分内容。
对于水声通信中的调制解调技术，一般根据接收端是否恢复原始载波相位可划分为相干通信和非相干通信。
一、相干水声通信相干通信需要在接收端恢复原始载波相位信息，一般应用于信道不太恶劣的情况。
相干通信信道利用率高，一般超过1bps/Hz，即传输比特速率超过信道频率宽度。
如果信道衰落严重，采用多阵元接收的方式获得空间分集。
水声通信
水声通信水声通信是一项在水下收发信息的技术。
它的工作原理是首先将文字、语音、图像等信息经过编码、调制处理后，由功率放大器推动声学换能器将电信号转换为声信号。
声信号通过水这一介质，将信息传递到远方的接收换能器，这时声信号又转换为电信号，经过放大、滤波和数字化后，数字信号处理器对信号进行自适应均衡、纠错等处理，还原成声音、文字及图片。
特点：声波通信是水下远程无线信息传输的唯一有效和成熟的手段。
声波是水中信息的主要载体，广泛应用于水下通信、传感、探测、导航、定位等领域。
声波属于机械波（纵波），在水下传输的信号衰减小（其衰减率为电磁波的千分之一），传输距离远，使用范围可从几百米延伸至几十公里，适用于温度稳定的深水通信。
水介质与空气介质的特性不同，水声信道与空气中的无线电信道具有许多明显的差异。
水下声信道是时间散布快速衰落信道，具有多普勒不稳定性。
水声通信的衰耗因素较多，特别是在海水中传播，声传播损失不仅与频率有关，而且还受海水的盐度、温度、密度、深度以及传播距离等因素的影响，造成中远程水声信道带宽极其有限。
水中的声速计算公式可见下式：c=1449.2+4.6T-0.055T2+(1.34-0.010T)(S-35)+0.016D 其中：r是海水温度，s是盐度，D是深度。
海水中不均匀分布的声速剖面造成声线的弯曲，而声波的界面反射和随机散射又引起声波接收信号的多途效应。
在实现高速通信时，有限的信道带宽和信号的多途传输会引起严重的码间干扰，造成接收数据的严重误码。
同一声源发出的声波，在不同的海区或不同的季节，传播情况可能都不同。
从信道中的各种限制因素到时变、空变性，水声信道都远比无线电信道复杂。
举例：（一）我国厦门大学以许克平教授为首的这个课题组出色地完成了国家交给他们的863项目，已经成功解决了在10公里之内水下信号相互清晰的传递，他们这个系统已达到实用要求。
他们认真分析了世界上抗多途干扰的几种方法，最后课题组一致认为还是采用电磁波抗干扰的手段——跳频通信，它既能抗多途径干扰又能保证信息安全。
水声通信技术研究及其应用
水声通信技术研究及其应用水声通信是利用水体作为传输介质，将声波信号转换成数字信号，实现信息的传递。
水声通信技术主要应用于水下观测、管道巡检、海洋测量、水下作业、水下声呐、水下机器人等领域。
水声通信技术在海洋领域有着广泛的应用，对于保护海洋生态、资源勘探等有着积极的推动作用。
本文将对水声通信技术的研究和应用进行探讨。
一、水声通信技术的基本原理水声通信技术的基本原理是利用水中传播的声波将信息传递至远程，在传播过程中，水的吸收、散射、多次反射等作用都会对传输信号产生影响。
基于水声通信特点和传输过程的影响，研究人员开发出了一系列水声通信技术，例如QPSK调制、OFDM等技术，有效地提高了水声通信的可靠性和抗干扰性。
此外，海水中会存在一些出现波速不均匀、波速剪切等现象，因此也需要对信号进行特殊处理。
二、水声通信技术的应用1. 海洋资源勘探水声通信技术在海洋领域有着广泛的应用，其中一项重要的应用领域是海洋资源勘探。
如今，全球海上石油开采领域中，水下的通信设备也越来越普及，水声通信技术已成为石油捕捞作业中获取数据、控制设备、安全传输信息的重要方式。
2. 水下作业水声通信技术也可以应用于水下作业，例如水下沉船拍摄、水下的管道检测等。
这一领域的需求更多的是对局部的关键数据进行传输、控制和观测，以便发现并解决问题。
3. 海洋生态保护水声通信技术在海洋生态保护领域也扮演着重要的角色。
通过水声匹配滤波技术和水声通信，可以定位到各种声源和鱼群。
海洋生态保护作为一个跨学科领域，需要各个领域的专家进行协作研究，水声通信技术的应用，能够从声学的角度为生态保护提供有效的技术支持。
三、水声通信技术的研究方向1. 海洋智能物联网海洋智能物联网（IOST）是物联网技术在海洋领域的应用。
随着信息技术的发展和天然资源的枯竭，人们对海洋资源的开发和管理越来越受到关注。
水声通信技术在IOST中提供海底传感器网络数据传输的主要方法，海洋传感器网络与水下通信技术的结合，可以提高海洋监测的效率和精度。
水声工程知识点总结大全
水声工程知识点总结大全1. 水声传播特性水声传播特性是指声波在水中传播过程中所表现出的一系列物理现象。
了解水声传播特性对于水声工程的设计和应用至关重要。
水声传播特性的主要知识点包括：（1）声速：水中的声速约为1500 m/s，而在空气中为343 m/s。
因此，声波在水中传播的速度通常比在空气中更快。
（2）声波衰减：声波在水中传播会受到衰减的影响，主要有自由衰减和吸收衰减两种。
自由衰减是指声波在传播过程中由于扩散等原因导致声能减小；吸收衰减是指声波在传播过程中由于水中分子的摩擦等原因导致声能减小。
（3）声波散射和反射：水中存在着各种不同的物体和界面，这些物体和界面会对声波产生散射和反射现象，从而影响声波传播的路径和传播的强度。
（4）声波折射：当声波从一个介质进入另一个介质时，由于介质的声速不同而发生折射现象，这会导致声波传播方向的改变。
（5）水声信道：水声信道是指声波在水中传播的通道，在这个通道中，声波会受到各种不同的影响，例如多路径传播、多普勒效应、时变特性等。
2. 水声通信水声通信是指利用水声传播特性进行信息传输的技术。
水声通信主要应用于水下通信、水下定位、水下数据传输等领域。
水声通信的主要知识点包括：（1）水声调制技术：水声通信中通常会采用不同的调制技术来实现信息的传输，例如频移键控（FSK）、相移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）等。
（2）水声信道编解码：水声通信中会使用各种不同的编解码技术来提高数据传输的可靠性和效率，例如纠错编码、卷积编码、交织等。
（3）水声通信系统设计：水声通信系统设计需要考虑水声传播特性、水声信道的特性、通信距离、通信带宽等因素，以实现可靠的通信效果。
（4）水声通信协议：水声通信协议是指规定了水声通信的具体通信规则和流程的一系列标准和规范。
3. 水声定位水声定位是指利用水声信号进行目标定位的技术。
水声定位主要应用于水下目标定位、船舶定位、潜艇定位等领域。
水声定位的主要知识点包括：（1）水声测距技术：水声定位中通常会采用测距技术来确定目标的位置，测距技术包括单向测距、双向测距、多普勒效应等。
水声通信
谢谢！
OFDM
多载波并行调制； 各路子载波的已调信号频谱部分重叠； 正交性，接收端可完全分离。△f=1/T; 各路子载波的二次调制制度可以不同； 优势：数据率高； 实现：分帧+串并+编码映射+IDFT+并串+DA+混 频； 目前存在主要问题：频率同步（多普勒）。扩频技术 Nhomakorabea
与其它技术结合，组合调制；
高可靠性；
受信道时延扩展影响及声线弯曲影响；
数据率取决于时延估计能力及编码脉冲的相关 性。
码间干扰抑制技术
自适应信道均衡； 时间反转镜（空域匹配滤波）；
匹配场处理技术；
空间分集技术； 定向发射或接收技术。
水声网络通信技术
信道带宽窄、声速低极大限制了水下组网能力。 提高信道利用率。 多址干扰抑制技术。 陆网、电网不能简单扩展到水下。 迄今为止，国内外的水下组网能力均也不能满足基 本的应用需求。
保密通信技术
浓厚的军事背景。 隐身的必要性； 信道的双面性（限制与利用价值）； 码书与码本。 体制的保密性价值。 保密的天敌—解密技术。
展 望
水声通信技术是提升海上集团作战能力的关键技术 环节之一。 只有性能稳健的水声通信技术才有可能在水声环境 中得到广泛的工程应用。 科学而充分的利用信道信息及资源、建立与水声环 境匹配的通信体制、调制方式及编译码策略是提升 水声通信技术发展水平的希望所在。 信号、信道、换能器、调制解调器、编译码及信号 处理技术在工程系统中进行统筹的匹配设计，将是 未来水声通信系统性能取得突破性进展的重要方向。
⑤声速远小于光速。传播时间长。 ⑥多普勒的影响。
国内外研究现状：
水声通信模型及其在海洋监测中的应用
水声通信模型及其在海洋监测中的应用随着人类社会的发展，海洋资源的开发和利用越来越重要，在这种情况下，进行海洋监测变得日益必要。
水声通信因其在水中传输信号的独特性质，在海洋监测中得到广泛应用。
本文将介绍水声通信的基本原理，以及在海洋监测中的应用。
1. 水声通信的基本原理水声通信是利用水声在水中的传播性质，通过发送控制信号和数据，实现海洋监测的一种技术。
水声通信系统通常由发射器、接收器、传输系统和处理系统组成。
在水中传播的声波原理是基于复杂而成熟的声学理论，并与空气中传播的声波原理有很大的不同。
首先，水中声波传播速度随着水温、盐度、压强的不同而变化。
其次，音速可达到接近1500米每秒，比空气中的速率高很多。
这样，在水中信号的传输距离将更加远。
因此，与其他通信方法相比，水声通信系统的传输速度比较慢，最高传输速度只能达到几百千比特每秒。
2. 水声通信在海洋监测中的应用海洋监测是通过对海洋环境各方面的参数进行分析和测试，以获得有关海洋自然水文、地质、化学和气象的知识的一种技术。
水声通信在海洋监测中有许多应用，包括水中声纳、海洋浅层地震、海洋水文观测和海底地貌观测等。
以水中声纳为例，水中声音的垂向传播往往受到海洋温度和盐度的影响。
为了获得准确的反射角度，使用国际海水马赫数模型（ISM）可用来计算海洋中声速。
同时，可通过水声浮标实现对机器人和其他地球物理工具的定位控制，以及自研高频散射仪和微地震震源探测研究等。
这些测量和定位技术发展起来后，便可以采用更精确的方法进行海洋观测，从而提高了海洋测量的准确度和观察范围，有效地保护了海洋环境。
3. 水声通信技术的挑战和前景尽管水声通信在海洋监测中已经有了广泛的应用，但是其仍面临着一些挑战。
例如，由于水中信号传输的速度较慢，因此必须通过设计一些高效的算法和协议，降低数据传输的延迟。
此外，另一个重要的问题是获得长时间数据传输的鲁棒性。
为了解决这些问题，需要研究新的水声通信技术，提高水声通信的效率和可靠性。
水声通信组网技术第三讲 水声网络物理层
1 yk wn xk n nk • w k ( xk wk n 0
M 1
M 1 n 0 n k
w
n
xk n ) nk
如果xk为当前信号 ，则xk-1 、 xk-2 、……已被检测到，
可以认为是已知的，而xk＋1 、 xk＋2 、…… 则是未知的，
2016/3/14
第四讲 水声通信网络物理层技术
24
2. 水声通信中常用的扩频方法
②跳频（频率调制）
跳频系统的组成
信息
编码
2FSK＋PN 频率换算 PN码产生
DDS 频率合成器
功率放大
发射 信号 换能器
发射
接收
信号
接收 换能器
信号调理
测频 解跳
解调 同步控制
解码
信息
PN码产生
2016/3/14
第四讲 水声通信网络物理层技术
Xrc(f)为接收信号的期望 GR ( f )GT ( f ) X rc ( f ) 频谱特性，可设计满足：
补偿信道失真的均衡 器频率响应为
2016/3/14
1 1 GE ( f ) e jc ( f ) C( f ) C( f )
11
第四讲 水声通信网络物理层技术
1.水声通信中常用的调制方法
④ 频率选择性慢衰落信道与均衡
均衡器时域性能分析
在t=kT,k=0,1,2,…..时刻采样，时间扩展造成的ISI的 符号数为L=[Tm/T]，接收滤波器的输出信号可表示为
sr (kT )
M 1
M 1 n 0
s
T
( t kT )wn (kT ) n(kT )
M 1 n 0 n k
水声通信技术
水声通信技术水声通信是海洋中无线信息传输的主要技术手段。
水声通信技术在海洋环境监测、水下航行器/载人潜水器作业等方面有着广泛应用。
水声通信及网络可灵活地用于不同的速率载荷、覆盖距离、水体深度、网络结构的情景，可广泛地应用于海洋环境观测，实现水下不同空间位置多个观测设备之间的信息交互。
同时，水声信道传输状态多变、海洋作业环境恶劣，对通信算法和设备可靠性有较高要求，水声通信及组网成为目前的研究热点。
水声通信网络在国外已有20a发展历史，开展较早且具有代表性的是美国的Seaweb网络。
美国的Seaweb网络经过多年的试验，实现了多固定节点的组网、自适应节点路由初始化、潜艇和AUV的数据接入、利用固定节点对AUV定位、分簇网络等多种功能，在基于卫星浮标的远海观测网、港口近岸的水下侦查网络及军用水下航行器指令传输及定位等应用中展示了很好的应用效果和技术先进性。
欧洲也开展了试验研究。
近年来，在国家“863”计划、军方、国家自然科学基金等支持下，我国水声通信领域在通信算法、通信机研制、网络协议仿真、组网应用试验、协议规范制定等方面取得长足进步。
本文主要介绍面向海洋环境监测的水声通信网技术，并对未来的技术趋势进行展望。
水声通信信道是复杂的信道，信道带宽窄、传播速度慢、时变性强、频率选择性衰落、噪声严重等不利因素在水声通信信道中都很明显。
如何针对水声信道特点，采取高性能、可实现的通信算法，是水声通信领域的关键问题。
物理层主要解决利用信道进行点对点的可靠通信的问题，物理层技术方案主要包括调制解调和纠错码两部分内容。
对于水声通信中的调制解调技术，一般根据接收端是否恢复原始载波相位可划分为相干通信和非相干通信。
一、相干水声通信相干通信需要在接收端恢复原始载波相位信息，一般应用于信道不太恶劣的情况。
相干通信信道利用率高，一般超过1bps/Hz，即传输比特速率超过信道频率宽度。
如果信道衰落严重，采用多阵元接收的方式获得空间分集。
水声通信教学大纲-浙江大学海洋学院
水声通信教学大纲课程名称：水声通信面向对象：研究生学分：1.5周学时：3一、课程介绍（100-150字）（一）中文简介本课程从水声信道的物理特性出发，重点传授水声通信的基础理论，引导学生通过基础理论的数学推演反思物理含义，并通过理论和算法的Matlab编程实现加深对理论的理解和提升科研探索能力。
主要内容包括（1）讲述由水声的物理传播特性带来的水声通信的挑战以及和传统陆上电磁波无线通信的差异；（2）介绍水声的物理传播特性带来的水声信道数学模型；（3）推演基于水声信道数学模型的水声通信调制方式、信道估计、均衡和解码等理论与算法；（4）引导理解水声通信理论与算法背后的物理含义；（5）传授实现水声通信仿真与实验的基本Matlab编程。
（二）英文简介Based on the physical characteristics of underwater acoustic channels, this course focuses on the basic theories of underwater acoustic communications, guides students to reflect the physical meaning through the mathematical deduction of basic theories, and deepens their understanding of theories and exploration of scientific research through Matlab programming. The main contents are as follows: (1) Describe the challenges of underwater acoustic communications caused by the physical propagation characteristics of underwater acoustic and the differences from traditional land-based electromagnetic wave wireless communications; (2) Introduce mathematical underwater acoustic channel modelsbased on the physical propagation characteristics of underwater acoustics;(3) Deduce the theories and algorithms of underwater acoustic communications based on mathematical channel models, such as channel estimation, equalization and decoding; (4) Guide the students to understand of the physical meaning behind the theories and algorithms of underwater acoustic communications; (5) Realizebasic Matlab programming for underwater acoustic communication simulations and experiments.二、教学目标（一）学习目标通过选修本课程，使学生：（1）掌握水声通信的基本原理，了解与传统陆上电磁波无线通信的异同；（2）掌握水声信道的物理和数学模型，以及由此带来的水声通信基本调制解调理论；（3）掌握用于水声通信仿真和实验的基本Matlab编程，并以程序实现加深对理论的理解；（4）培养水声通信方向科研探索的兴趣，具备该方向初步科研能力。
水声通信技术概论
若消息x出现的概率为p(x)，则所含信息量 I 可定 义为
1 I loga p(x) loga P(x)
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经典概念回顾
熵
对于离散独立非等概消息组成的消息源，采用平
均信息量－熵来描述：
M
M
H (x) P(xi ) log P(xi ) P(xi )I (xi )
电气通信
电磁场为信息载体，有缆和无线电的通信方式。
水声通信
以海洋为媒介，以声波为载体进行远程信息传输的 过程。
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水声通信的特点
不同点
能量形式不同 电磁场（光）、声场、引力场。
相同点
波动方程是一样的（如机电类比） 基本概念可以相互借用、基本原理是一致的
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经典概念回顾
水下数字式半双工语音通信系统
应
信
用
号
场
特
合
征
工通 作信 方功 式能
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按信号的特征
数字通信
模拟通信
单边带 语音通信
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工作方式：
全双共、半双工、单工 水声中： 单工：释放器（潜标、浮标使用方式）、
对潜水员的遥控指令、信标 半双工：常见的MODEM 全双工：863项目 （声诱饵中问题，通信网
数据传输
数字调制
相 位 键 控 PSK 、 DPSK 、 数据传输、 数字微波、 空
QPSK等
间通信
其他高效数字调制QAM、 数字微波、 空间通信 MSK 、OFDM等
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调制方式
ASK：刘伯胜的定位系统， FSK：80年代的常用技术，常见的国外modem 063 厦门
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新型技术
正交频率调制复用技术（OFDM）； 扩频技术；（直扩DSSS、跳扩FHSS）； 脉位调制与时延差编码技术； 同步技术（时间、频率同步）； 信道均衡及其它匹配技术； 差错控制及纠错编码技术； 保密通信技术。 水下通信组网技术。
OFDM
多载波并行调制； 各路子载波的已调信号频谱部分重叠； 正交性，接收端可完全分离。△f=1/T; 各路子载波的二次调制制度可以不同； 优势：数据率高； 实现：分帧+串并+编码映射+IDFT+并串 +DA+混频； 目前存在主要问题：频率同步（多普勒）。
扩频技术
宽带发射、相关接收、保密性； 直接序列扩频（DSSS）：伪随机序列编码 跳频扩谱：伪随机序列控制频率跳变。 差分跳频扩谱：频率转换函数控制跳频图案。 优势：抗码间干扰能力强，保密性好。 缺点：数据率受限 主要问题：误码的传递性。
脉冲位置调制及时 延差编码技术
LF信号、相关接收； 大时间带宽积、高时间分辨力； 与其它技术结合，组合调制； 高可靠性； 受信道时延扩展影响及声线弯曲影响； 数据率取决于时延估计能力及编码脉冲的相关 性。
农定理） ③ 由信道引起的信号起伏严重； （与调制
与编码方式的关系） ④ 信道及干扰的时变空变性。（相干多途） ⑤声速远小于光速。传播时间长。 ⑥多普勒的影响。
国内外研究现状：
① 早期：FSK 非相干检测为主；技术成熟 度高，缺点是带宽利用率低，传码率极度 受限。
② 提高带宽利用率、传码率； ③ 提高远程传输能力； ④ 提高保密性。 ⑤水下组网通信。 ⑥有效性与可靠性
码间干扰抑制技术
自适应信道均衡； 时间反转镜（空域匹配滤波）； 匹配场处理技术； 空间分集技术； 定向发射或接收技术。
水声网络通信技术
信道带宽窄、声速低极大限制了水下组网能力。 提高信道利用率。 多址干扰抑制技术。 陆网、电网不能简单扩展到水下。 迄今为止，国内外的水下组网能力均也不能满足基 本的应用需求。
报告内容
概述 水声通信的特殊性 国内外研究现状 新兴技术 工程应用 发展与展望
译码、码间干扰） ；
② 信号处理；
③ 信道与换能器。
使命任务:
① 水声遥控; ② 水声语音传输; ③ 水下图像及数据、报文等。
水声通信的特殊性：
① 多途信道与码间干扰； ② 频率低、带宽窄、信道容量有限 ；（香
保密通信技术
浓厚的军事背景。 隐身的必要性； 信道的双面性（限制与利用价值）； 码书与码本。 体制的保密性价值。 保密的天敌—解密技术。
展望
水声通信技术是提升海上集团作战能力的关键技术 环节之一。 只有性能稳健的水声通信技术才有可能在水声环境 中得到广泛的工程应用。 科学而充分的利用信道信息及资源、建立与水声环 境匹配的通信体制、调制方式及编译码策略是提升 水声通信技术发展水平的希望所在。 信号、信道、换能器、调制解调器、编译码及信号 处理技术在工程系统中进行统筹的匹配设计，将是 未来水声通信系统性能取得突破性进展的重要方向。