随着人類利用(yòng)海洋、開發海洋的日益深入,人們對水聲通信技(jì )術需求也日趨迫切,水聲通信已成為(wèi)近年來國(guó)際上研究的焦點。相比其他(tā)水下通信方式,水聲通信的發展遠(yuǎn)遠(yuǎn)滞後,一直以來都存在着諸多(duō)有待攻克的難題。
那麽,水聲通信到底難在哪裏?
水介質(zhì)與空氣介質(zhì)的特性完全不同,水聲信道與空氣中的無線(xiàn)電(diàn)信道具有許多(duō)明顯的差異,水聲信道是時間散布快速衰落信道,具有多(duō)普勒不穩定性。水聲通信的衰耗因素較多(duō),特别是在海水中傳播,聲傳播損失不僅與頻率有關,而且還受海水的含鹽度、溫度、密度、深度、距離等的影響,造成中遠(yuǎn)程水聲信道帶寬極其有限。水中的聲速計算公式可(kě)見下式:
c=1449.2+4.6T-0.055T2+(1.34-0.010T)(S-35)+0.016D
其中:r是海水溫度,s是鹽度,D是深度
海水中不均勻分(fēn)布的聲速剖面造成聲線(xiàn)的彎曲,而聲波的界面反射和随機散射又引起聲波接收信号的多(duō)途效應。在實現高速通信時,有限的信道帶寬和信号的多(duō)途傳輸會引起非常嚴重的碼間幹擾,造成接收數據的嚴重誤碼。同一聲源發出的聲波,在不同的海區(qū)或不同的季節,傳播情況可(kě)能(néng)都不同。
其中,水聲通信面臨最困難的就是強多(duō)途和由于海洋表面反射、内波等引起的快速時變。其中自多(duō)途引起的接收信号的振幅衰落,多(duō)途引起接收信号的碼間幹擾,再加上海洋環境複雜、載波頻率低、水聲信道帶寬極為(wèi)有限以及傳輸條件的時間-空間-頻率變化特性,使得水聲信道成為(wèi)迄今為(wèi)止最困難的無線(xiàn)通信信道。正因為(wèi)如此,高速可(kě)靠的水聲通信世界範圍内仍是一個極具挑戰性的技(jì )術難題。
世界上各個國(guó)家對水聲通信技(jì )術的研究工作(zuò)已長(cháng)達幾十年,随着通信技(jì )術的發展,水聲通信技(jì )術也得到了較為(wèi)快速的突破,那麽,在實際運用(yòng)中,如何評價水聲通信技(jì )術的先進性呢(ne)?
水聲通信技(jì )術的幾個關鍵性能(néng)評判指标是傳輸(通信)速率和傳輸(通信)距離。 一般情況下,水聲通信距離越遠(yuǎn),傳輸速率越低,而通信距離和速度從根本上又由通信頻率帶寬決定。所以兩種通信技(jì )術的優劣一般是相近帶寬下才有可(kě)比性。用(yòng)類似的帶寬,速率越高,通信距離越長(cháng),技(jì )術就越先進,可(kě)組網及可(kě)延展性就越好。當然,對一個水聲通信産品的評價還有其他(tā)方面的考慮,如重量,功耗,可(kě)部署深度等。這些參數相對水聲技(jì )術的特點與難點都是次要的(secondary)。再者由于水聲通信是個新(xīn)興領域,還沒有産業标準。大多(duō)産品參數的标定很(hěn)不規範,經常用(yòng)理(lǐ)想狀态下的數據示人。所以業界普遍認同實測數據,而不看重産品标定參數。
經中國(guó)海洋大學(xué)實測國(guó)内外幾家在行業内具有代表性的公司的産品性能(néng),所有水聲通信産品的工作(zuò)頻率帶寬在15-45K之間,而對比它們之間所能(néng)達到的實際速率,智慧海洋科(kē)技(jì )(以ANG-02009為(wèi)例)至少是其他(tā)産品的5倍,通信距離也是其他(tā)較高速率産品的兩倍。因此,智慧海洋科(kē)技(jì )産品領先進入國(guó)家深水基地蛟龍号測試平台,并用(yòng)于大型試驗水池的數據統計和設備檢測。11月5日,智慧海洋科(kē)技(jì )攜手中科(kē)院海洋研究所在青島膠州灣海域成功完成測深設備與水聲通信機聯合系統測試,驗證智慧海洋科(kē)技(jì )水聲通信機能(néng)實現5185m距離内的穩定通信。所以,智慧海洋科(kē)技(jì )不僅擁有穩定、高速、遠(yuǎn)距離的水聲通信技(jì )術,同時,智慧海洋科(kē)技(jì )又是世界上第一家能(néng)全方位提供水下無線(xiàn)自組網支持的公司。
雖然因水聲信道的多(duō)徑效應、時變效應、可(kě)用(yòng)頻寬窄、信号衰減嚴重等諸多(duō)因素,使水聲通信成為(wèi)當今最為(wèi)複雜的通信技(jì )術之一,但水聲通信技(jì )術仍在迅猛發展之中。目前水聲通信的關鍵問題是數據傳輸率較低,因此克服多(duō)徑效應等不利因素的手段,達到提高帶寬利用(yòng)效率的目的,将是未來水聲通信技(jì )術的主要發展方向。