水下语音通信系统的实时实现

数字通信系统结构

潜艇声纳的原理？声纳是利用水中声波进行探测、定位和通信的电子设备。声学(声纳)是各国海军进行水下监视使用的主要技术，用于对水下目标进行探测、分类、定位和跟踪；进行水下通信和导航，保障舰艇、反潜飞机和反潜直升机的战术机动和水中武器的使用。此外，声纳技术还广泛用于鱼雷制导、水雷引信，以及鱼群探测、海洋石油勘探、船舶导航、水下作业、水文测量和海底地质地貌的勘测等。声纳可按工作方式，按装备对象，按战术用途、按基阵携带方式和技术特点等分类方法分成为各种不同的声纳。例如按工作方式可分为主动声纳和被动声纳；按装备对象可分为水面舰艇声纳、潜艇声纳、航空声纳、便携式声纳和海岸声纳，等等。声纳装置一般由基阵、电子机柜和辅助设备三部分组成。基阵由水声换能器以一定几何图形排列组合而成，其外形通常为球形、柱形、平板形或线列行，有接收基阵、发射机阵或收发合一基阵之分。电子机柜一般有发射、接收、显示和控制等分系统。辅助设备包括电源设备、连接电缆、水下接线箱和增音机、与声纳基阵的传动控制相配套的升降、回转、俯仰、收放、拖曳、吊放、投放等装置，以及声纳导流罩等。主动声纳技术是指声纳主动发射声波"照射"目标，而后接收水中目标反射的回波以

测定目标的参数。大多数采用脉冲体制，也有采用连续波体制的。被动声纳技术是指声纳被动接收舰船等水中目标产生的辐射噪声和水声设备发射的信号，以测定目标的方位。影响声纳工作性能的因素除声纳本身的技术状况外，外界条件的影响很严重。比较直接的因素有传播衰减、多路径效应、混响干扰、海洋噪声、自噪声、目标反射特征或辐射噪声强度等，它们大多与海洋环境因素有关。例如，声波在传播途中受海水介质不均匀分布和海面、海底的影响和制约，会产生折射、散射、反射和干涉，会产生声线弯曲、信号起伏和畸变，造成传播途径的改变，以及出现声阴区，严重影响声纳的作用距离和测量精度。现代声纳根据海区声速--深度变化形成的传播条件，可适当选择基阵工作深度和俯仰角，利用声波的不同传播途径(直达声、海底反射声、会聚区、深海声道)来克服水声传播条件的不利影响，提高声纳探测距离。又如，运载平台的自噪声主要与航速有关，航速越大自噪声越大，声纳作用距离就越近，反之则越远；目标反射本领越大，被对方主动声纳发现的距离就越远；目标辐射噪声强度越大，被对方被动声纳发现的距离就越远。

水声扩频通信中OFDM技术应用

水声扩频通信中OFDM技术应用作者：郭中源，陈岩，陈庚，贾宁作者单位：中国科学院声学研究所相似文献(10条) 1.学位论文黄晓萍水声扩频通信技术研究2006 水声信道是一个时变、空变的随机信道，是一个非理想信道。使用扩频信号可以在一定程度上对付信道传输中的多途性；利用扩频信号做相关获得的增益可以使得在负信噪比的条件下进行信号的恢复。扩频通信的抗干扰、抗衰落能力也很强，这确实是对复杂多变的水声信道的一个很好的解决方案，它不仅可以解决长距离移动目标的通信问题，还能进行敌我识别、导航和定位等。要想进一步提高水下扩频通信系统的抗多普勒、抗多途能力，就要在接收端采取额外措施——多普勒频率搜索和多途分量的提取，再加上同步信号搜索和信号的解扩，这将会带来很大量的相关运算。没有一个快速算法，将不能实时的完成对采集信号的处理。将H序Walsh快速变换应用到水声扩频通信系统中接收信号的上述相关处理中，可很大程度地提高算法的执行速度，从而可以实现数据的实时采集和实时处理。本论文以克服水下多途干扰、补偿多普勒频移、实现低信噪比(甚至负信噪比)下高可靠性的水声通信为目标，研究了直接序列扩频在水声通信中应用的有关问题，并通过仿真和试验验证了这种通信技术的良好性能和可行性。本文所作的工作主要有以下几个方面： 1.构建了一个基于快速Walsh变换，以m序列作为扩频码、RS纠错方式、带有多普勒补偿和多途时延补偿的水下直接序列扩频通信系统框架。用MATLAB仿真，验证了其可行性。 2.以PC机为平台，计算机声卡作为A/D和D/A，Windows操作系统下将算法和声卡的播放、录音联合编程，完成了该水下扩频通信系统的物理实现。 3.在基于PC104硬件平台，嵌入式系统VxWorks下，实现了此通信系统。 4.对这两种计算机操作系统下的扩频通信分别进行了电调试、水池调试、松花湖实验、青岛海试，并实现了两者之间的半双工通信。在发射功率≤30w，传输距离为7～25km，接收信噪比0dB左右，实现了误码率低于10-6的数据传输。 2.会议论文黄建波.韩梅.黄海水声扩频通信系统误码率研究2007 误码率模型是水声扩频通信系统性能的关键指标之一.扩频技术是通信领域较为成熟的成果,扩频技术在水声通信中的应用给我们带来了新的问题.本文首先介绍了扩频技术在水声通信方面的应用;然后,从声纳方程出发,运用平滑平均场理论,研究信嗓比在水声扩频通信系统中的变化情况,得到误码率模型;最后运用该模型研究典型浅海负跃层环境下误码率的规律.从仿真的结果来看,该模型在原理上基本符合水声扩频通信系统,结果具有一定的指导性和较强的实用性,达到了较为理想的效果。 3.学位论文顾建松伪时反水声通信技术研究2005 水声数字通信近年来在国际上发展迅速，时间反转法处理是一项新颖的技术，受到国际水声界的很大关注。本论文结合国家863课题“水下仪器水声数据传输技术研究”和中船重工集团公司支撑课题“水声网络节点技术研究”，通过对水声信道特点的比较、分析，选定伪时反处理技术和扩频通信技术，作为本课题的研究重点。水声信道存在多径效应和多卜勒频偏；相对于水声信号的传输、接收，水声信道等效为一个滤波器。并由此推导出发射信号、接收信号的时域和频域的计算公式。发送编码信号之前，先发射探针信号(Probe)进行信道估计，结合扩频通信技术，进行255码元的信息编码和BPSK信号调制，再将编码信号和探针信号进行卷积并发射。在接收端，将包含信道响应的探针信号和卷积信号进行共轭处理，以消除信道响应在相位上对编码信号的影响。信道估计和系统帧同步信号采用线性调频信号。通过m序列的拷贝相关检测发射的信息。在理论研究的基础上，建立了水声信道模拟器。用MATLAB进行计算机仿真，验证伪时反处理技术和扩频通信技术的性能，用各种图表曲线比对了几种处理方法的差异。由仿真结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术从理论上可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应，但对于多卜勒频偏造成的干扰其效果一般。最后，进行海洋试验验证，对海试采集的水声数据进行计算机处理，用图表比对二种处理方法的差异。由海试数据处理结果得知：时间反转处理技术和扩频通信技术可用于水下远程通信，可以有效抑制水声信道的多径效应。 4.会议论文熊省军.张宏滔.周士弘水声扩频通信中的RAKE接收机2006 水声信道的衰变多径特性一直以来是水声通信中难以解决的问题,扩频技术近年来在水声通信中得到广泛关注.本文研究水声扩频通信中的RAKE接收机.介绍了直接序列扩频系统的基本原理,分析了RAKE接收机实现多径分集的过程,给出了其抗多径干扰的仿真结果. 5.学位论文高风波基于扩频技术的远程声遥控系统研究2004 随着海洋开发和国防发展的需要,远程水声遥控系统受到了广泛的重视,遥控距离越来越远.但随着遥控距离的加大(>100km),传送遥控信息的水声信道变得更加复杂,声遥控系统要达到高可靠传输的技术难度也越来越大.针对上述问题,该文在水声信道分析的基础上,设计了一种基于扩频技术的自主应答式远程声遥控系统,系统着重考虑了系统的调制方式和自主应答的方式.近年来扩频技术在水声通信特别是远程水声通信中的使用越来越多.由于它具有很好的抗多径、抗衰落和低的截获概率的优点,特别适合于处于低信噪比环境且保密性要求比较高的远程声遥控系统,所以我们采用扩频技术作为遥控系统的通信方式.远程声遥控系统的遥控方式有直接遥控和中继遥控.我们分别比较了两种方式的接收端信噪比,并考虑了保密性要求,采用中继遥控作为远程声遥控系统的遥控方式.论文首先分析了远程声遥控信道传输特性,分别利用Kraken简正波和射线跟踪模型对深海和浅海水声信道的传输特性进行分析,对信道的多径结构、衰落和环境噪声进行了计算,并在此基础上设计了基于扩频技术的自主应答式远程声遥控系统方案.论文还对扩频通信的关键技术进行了仿真研究,针对远程声遥控系统的特点,讨论了扩频码、扩频方式、相关接收和同步问题,同时讨论了适合远程声遥控系统的纠错编码技术.最后给出了远程声遥控系统的发射平台的组成和各部分设计.相信该论文的研究结果和方法能为远程水声遥控系统提供重要的研究和设计参考. 6.期刊论文韩梅.黄建波.黄海.HAN Mei.HUANG Jian-bo.HUANG Hai水声扩频通信系统通信距离模型的改进与仿真 -计算机仿真2008,""(4) 通信距离是水声扩频通信系统性能的关键指标之一.扩频技术是通信领域较为成熟的成果,在水声通信中的应用带来了新的问题.首先对传统的声纳优质因子距离模型进行了阐述;然后介绍并分析了扩频通信技术在水声通信中的应用,依靠平滑平均场理论,对传统的声纳优质因子通信距离预报模型进行改进,首次提出了适合水声扩频通信的距离模型;最后进行仿真计算,从仿真的结果来看,该模型无论在原理上,还是仿真结果都符合水声扩频通信系统的实际,具有一定的指导性和较强的实用性,达到了较为理想的效果,可以为各种水声扩频通信系统提供通信距离预报. 7.期刊论文宋新见.殷冬梅.惠俊英基于矢量信号处理的水声定位系统-海洋工程2003,21(3) 将传统的水声定位系统与矢量水听器相结合,设计了一种全新的轻便型长基线被动水声定位系统.介绍了系统的组成和工作原理,并结合近年来出现的矢量信号处理技术,设计了新的实时信号处理软件.经湖试和海试,系统的可行性得到了初步的验证. 8.期刊论文王晋兴.朱敏.王季煜.WANG Jinxing.ZHU Min.WANG Jiyu水声扩频通信中多假设反馈自适应均衡算法研究-微计算机应用2009,30(11) 研究了复杂多变的水声信道条件下直接序列扩频-码分复用(DS/SS-CDMA)通信技术.本文将空间分集-多普勒频移补偿-自最佳自适应判决反馈均衡算法应用到水声DS/SS-CDMA通信,提出了基于码片速率的多假设反馈自适应均衡算法.应用该均衡算法可以恢复经过水声信道传输后扩频信号的相关特性.对

水声通信系统中的信道编码技术研究

水声通信系统中的信道编码技术研究信道编码定理为人们探索信道的最佳编码方案提供了理论依据，但并没有指明如何获得好码。目前，出现了多种信道编码方案，如RS 码、卷积码、级联码等。本文简要介绍了RS 码和卷积码的基本原理，并进行了相应的计算机仿真，并给出了加入了RS 码和卷积码水声通信系统的水池实验数据，结果表明利用信道编码技术能够提高水声通信系统的误码性能。（一）Reed －Solomon 码 1960 年I.S Reed 和G .Solomond 提出RS 码,又称Reed －Solomon 码，RS 码是一类纠错能力很强的多进制BCH 码。 RS 码是在GF(q)上长度为N=q-1的本原BCH 码。冗余根据可纠正错误确定，通常等于2t 个字符。这样，编码具有k=q-2t-1个信息字符。这种码具有N 个信息字符，可纠正t 个错误。长度为N ，设计距离为=q-k δ的RS 码的生成多项式为： )())()(()(1321-----=δααααx x x x x g (1) 本论文系统中实现的编码器按图1工作。开始编码前，向A0~A13或A0~A11单元写入信息字符（分别对应1个或2个可纠错码）。P0~P15单元记载类构造器算出的校验多项式的系数值。然后校验多项式系数和信息字相乘并相加，如图所示。运算的结果得出校验字符，存入A0（此时，信息字符向左移位）。生成过程继续，直到A15出现信息字高位元素。这样，在编码中，为纠正1个错误，必须进行2次迭代；为纠正2个错误，必须进行4次。 ∑ 图1 RS 码编码器的结构纠错码的译码问题，一直是编码理论中最感兴趣的课题之一。RS 在短和中的码长下，具有很好的纠错性能，构造容易，故得到广泛应用。 RS 的译码基本上分为3步：第一步是由接收到的R(x)计算出伴随式；第2步由伴随式找出错误图样E(x)；第3步由R(x)- E(x)得到可能发送的码字C(x)。记q(x)为信息多项式，则发送码字C(x)＝q(x)g(x)，接收到的码字:

语音通信系统概述

智能大厦的通信网络是以数字程控交换机为核心，以语音信号为主并兼有数据信号、传真、图像资料传输的图像网络。通常，应设置数字程控交换机系统、图文及传真系统、语音邮件系统、电缆电视系统、卫星通信系统、电视会议系统等。当然也包括已与通信技术充分融合的计算机局域网、广域网在内，以便满足大厦内部和国内外互通信息，资料查询，实现信息资源共享的需要。程控交换机之所以能够得到迅速的发展，一方面是由于电子器件和计算机技术发展的结果，另一方面是由于它具有一系列的优点：（一）用户方面 1）接续速度快程控交换机的接续速度之快是纵横制交换机和其他交换机所不能比拟的，这对于实现长途直拨尤为重要。 2）接通率高程控交换机的交换网络容量大，链路多，组群方式灵活，可组成全利用度无阻塞或阻塞的线群，即使在超过10%的负荷情况下，也可以使阻塞率仅达到10ˉ4，因此通话接续畅通，接通率高。 3）通信质量高数字交换机与数字传输结合，可使串音、杂音、失真等指标降低到很低，从而提高了提高质量。 4）便于保密数字信号在传送过程中，很容易加入保密措施使之难以破译。 5）较多的服务功能程控交换机能为用户提供几十乃至几百种新业务和服务功能。 6）具有多种进网方式程控交换机能以多种方式进网。对于一些暂时无新建工程的地区，可以从母局引出多线连接远端模块、中小容量的集线器、受控子局、车载移动电话以及专设台站。（二）维护管理方面 1）智能化控制功能程控交换机具有智能化程序极高的控制功能，能自动对交换系统的运转状况进行监视、测试、记录和统计；能对障碍进行判断、定位、告警、自动切除障碍部位及倒换备份；能对初切除隔离的部件进行自动诊断；登对话务过负荷进行临时处理，能按用户的服务等级保证高级用户优先呼叫等。 2）维护工作量小由于程控数字交换机的元器件大都采用大规模集成电路，关键部位还采用双备份工作方式，因而可靠性高，无机械性的调整检修工作，维护工作量很小。程控交换机的机房可以无人维护，只在控制室派人值班，实行集中监测。 3）便于记录统计数据程控交换机能方便地记录话务数据和统计障碍情况，显示运转状况，并能随时收集网络运转信息，有利于改善网络的服务质量。 4）便于实行集中维护在一个由多台成功交换机组成的电话网中，可以设置维护管理中心，实行分级维护。维护中心控制各程控电话站，执行全网运行状况的综合、重大障碍的处理、全网通信质量的分析、话务流量的分析、网络的调整、重要备品备件的保管和调度使用以及指挥各程控站的维护工作。 5）适应多种计费方式程控数字交换机对专用网计费有很大的灵活性。

水声扩频通信中OFDM技术应用郭中源

水声扩频通信中OFDM技术应用郭中源水声扩频通信中OFDM技术应用郭中源陈岩陈庚贾宁 (中国科学院声学研究所) Application of OFDM in underwater acoustic spread spectrum communications Guozhongyuan, Chenyan, Chengeng and Jianing Institue of Acoustic, Chinese Academy of Science 1(引言 [1]OFDM的基本原理是将高速率的数据流分解成多路低速的数据流，然后在多个子载波上同时进行数据传输。由于数据被分解到多个低速的子载波上进行并行传输，所以数据符号持续时间变长，减少了由于多途时延弥散所引起的码间串扰的影响。扩频通信的基本原理是将低速率的信息码(所占带宽相对较窄)用高速率的扩频码将其频带拓宽，这样信息码所包含的加性噪声，包括一些突发干扰的频谱同样受到扩频码拓宽，在接收端经过解扩和带通滤波(其带宽与信息码频带相应)，就将通带外的噪声与干扰大部分滤除掉，其信息传输过程还是按扩频码的速率进行，也就是说传输码片的宽度接近于扩频码带宽的倒数。因为扩频码是以较窄的扩频码片传输，所以当多途时延弥散超过码片宽度时，扩频码会受到码间串扰的影响。扩频通信是以降低传输率(在可用带宽一定时)来获取扩频增益，比较适合在远距离低速率的水 [2]声通信中传输信息。国外文献报导在深海(深度200m)通信距离达到500多公里。国内试验大多在浅海(深度70-80m)，受海底影响要严重一些，有比较复杂

的多途结构。多途弥散是水声通信中造成码间串扰的主要原因。在这种情况下如果结合OFDM技术，系统性能会有一定的改善。 2(水声扩频通信中OFDM系统的应用和一些海试结果的比较在扩频通信中，信息码与扩频码相乘之后经载频调制输入信道。如果载频调制之前将信号看作频域波形，进行串/并变换和IFFT变换，然后将各子带相加，再经过载波调制和峰值抑制输入信道，接收端将从信道输入的信号先进行载频解调，解调时要作多普勒补偿，然后作FFT运算，FFT输出分为虚实两个部分，经过序列归并后就可以进行解扩处理。解扩后的波形经相关解码输出信息。图3-图5为一组2005年1月南海海试数据处理结果。其中扩频结合OFDM信号载频3.2KHz，带宽约457Hz，扩频增益约100;扩频信号载频3.2kHz，扩频码为10阶Gold序列，所用带宽约914Hz，扩频增益约56。图3a.扩频通信系统中利用OFDM技术在通信距离43km时的接收信号频谱图3b.图3a信号的相关解码;相关系数=0.98 图4a扩频通信系统中利用OFDM技术在通信距离为73km时的接收信号频谱(已看不出频域信号) 图4b信号的相关解码输出;相关系数=0.769 图5a 43km扩频通信接收信号频谱载频。图5b扩频通信相关解码结果。

水声通讯系统调研

0 引言通信技术的发展主要集中在空间通信上。近年来，由于军事和海洋开发的要求，人们开始越来越重视水下通信系统的研究与开发。由于电磁波在水中传播时衰减严重，而声波是人类迄今为止已知的唯一能在水中远距离传播的能量形式，所以海洋中检测、通信、定位和导航主要利用声波。声波是目前水中信息传输的主要载体。因此，人们对水下通信的研究主要集中在对水声通信的研究之上。水声通信是当前唯一可在水下进行远程信息传输的通信形式,由于其在民用和军事上都有重大意义,水声通信一直被人们所重视。文章介绍了水声通信的特点、系统组成、发展历史和国内外的发展现状。 1 水声通信的历史水声通信的历史可以追溯到1914 年，在这一年水声电报系统研制成功可以看作是水下无线通信的雏形。世界上第一个具有实际意义的水声通信系统是美国海军水声实验室于1945 年研制的水下电话，该系统使用单边带调制技术，载波频率8.33 kHz，主要用于潜艇之间的通信。早期的水声通信多使用模拟频率调制技术。如在50 年代末研制的调频水声通信系统，使用20kHz 的载波和500Hz 的带宽，实现了水底到水面船只的通信。模拟调制系统不能减轻由于水声信道的衰落所引起的畸变，限制了系统性能的提高。 70 年代以来随着电子技术和信息科学突飞猛进的发展，水声通信技术也因此得到了迅速的发展，新一代的水声通信系统也开始采用数字调制技术。采用数字技术的重要性在于，首先，它可以利用纠错编码技术来提高数据传输的可靠性;其次，它能够对在时域(多途)和频域(多普勒扩展)上的信道畸变进行各种补偿。随着处理器技术的提高，各种采用快速解调的算法也随之发展起来。数字调制技术的主流为幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控调制(PSK)。随着用于空间无线电衰落信道技术的发展，水声通信的下一代系统对数字编码的数据采用了频移键控(FSK)调制方式。作为一种能量检测(非相干)而不是相位检测(相干)算法，FSK 系统被认为对于信道的时间和频率扩展具有固有的稳健特性。采用数字技术有两个方面的好处:首先，它允许采用纠错编码技术来提高传输的可靠性；第二，它允许对信道混响做一定的补偿，包括时间和频率上的补

FSK水声通信系统仿真

水声通信FSK调制系统性能仿真钟方盛石亦敏张杰峰一.仿真要求仿真一下单发单收、FSK调制下得水下通信系统性能。中心频率有两个:2１~27KHｚ,带宽6KHz；55～65KHz，带宽1０KHz; 信道:AＷGN及单径Rayleigh衰落; 通信距离１Ｋｍ、8Km; 通信速率:未定（通过仿真确定); 给出BER vｓSＮR 得曲线; 其她可以认为就是理想得；二．带宽、码元速率与频率间隔分析带宽;波特率；一共有个频率点,相邻频率间隔。 1、基带信号带宽与波特率 , 其中就是比特率,为滚降因子。取＝1，则基带系统所需带宽 2、带宽与波特率、频率间隔 3、频率点设置频段为,其中为最小频率,为最大频率,则中心频率为,带宽为。设波特率为，那么相邻频率间隔为。因此,可以设计频率点得值为。三.信道建模与最佳接收 1、信道建模对于ＭFSK,经过单径Ｒayｌeiｇｈ衰落及ＡＷＧN噪声,可以将信号建模成 ,

其中服从参数为得瑞利分布,服从得均匀分布,高斯噪声,就是ＭFSK调制中得频点。由于若X、Ｙ相互独立且都服从，那么服从参数为得瑞利分布。因此,可以根据这个来设计瑞利分布。 2、最佳接收经过理论推导，可以得到检测统计量,，对于都成立,则判为。而这等价于都成立,这判为,其中四．不同瑞利分布参数与速率下得BEＲ-SNＲ仿真曲线注： (1)以下曲线中,Ｘ坐标为ＳNＲ(ｄB),Y坐标为BER(误比特率,对数坐标)；不同颜色代表不同有效比特速率,即经过１／2卷积码信道编码。 (2)在比特速率与SＮR确定时，瑞利分布参数对BＥR有很大影响,越小信道越优良,误比特B ＥR越小。因此为了折衷考虑,选择＝0、５来进行仿真。 1、中心频率２1～27KHz,带宽６KHz (１)2ＦＳK，瑞利分布参数=０、5, 有效比特率为0、４、０、６、0、8、1、0、１、2kbps (2)4FSK,瑞利分布参数=0、5, 有效比特率为0、8、1、2、１、6、2、０、2、４kbps

浅海水声网络全解

浅海水声网络 1.摘要水声网络通常由通过水声相连的海底传感器节点，自主无人航行器及与岸基站点进行无线通信的网关海面站点构成。该网络服务质量受声传输信号低带宽，低声速导致的高延时和高环境噪声所限。其长期设计目标是能够提供基于网络链接的自组网络，通过最优化系统参数自主适应环境。本文考虑了最小化能耗约束，最优化吞吐和可靠性条件下设计浅海水声网络的诸多方面问题。 2.引言近二十年来，水声通信技术取得了显著进步。高速可靠通信系统的实现使得海底坐地传感器与水下自主航行器等水下节点间实时点对点通信成为可能。当前研究热点主要集中在应对环境数据采集、近海探测、污染检测与军事侦察等应用的网络多链路协同领域。海底或海监测的传统方法包括传感器布放，实验数据记录和试验设备回收。该方法存在诸多不足：实验记录数据需在长达数周的实验任务结束后获取；海底设备与岸基用户间无法进行信息交互，因此，当某区域出现感兴趣事件时无法进行系统重配置；如果设备在回收前出现错误，那么数据采集过程将停止或所有数据可能丢失。特定海域长期实时观测最理想的解决途径将诸多测量设备通过无线链路连接成网络结构。最基本的水下声学网络由类似固定节点与水下自主航行器等节点间的建立的双工水声通信所组成。该网络将与海面站点相连，并借助该站点采用RF链路与远程陆上节点如Internet 网络相连接。岸基多用户能够从远距离水下设备实时获取数据，评估已获取的数据，并可对单个设备发送控制信息。由于数据不再储存在水下设备中，因此可以避免数据丢失，也能通过网络重配置得以绕开失效节点水声网络的最大约束是有限能源支持。对陆上系统而言，无线调制解调器电池的替换非常简单，但水下无线调制解调器电池替换受航行时间和调制解调器回收时间的制约而显得费时费钱。因此，对水下应用而言，传输能量显得异常昂贵。网络协议应通过减少重传次数，降低传输间隔的功耗以及最小化每次传输需求来节省能耗。在救援与探测任务等水下应用中，需要网络能够不经大规模规划而快速布放。因此，网络应当能自主决定节点位置，通过自主组网提供高效的数据通信环境。另外，若信道条件发生改变或者某些节点在任务过程中失效，该网络应当能够通过动态重配置继续履行使命。 3.水声通信不同于数字无线通信采用电磁波进行数据传输，水声信道中主要采用声波进行通信。在水声通信网络中声波传播速率比无线电波传播速率小五个量级。如此低的传播速率增大了网络数据包的传输时延。如果在UWA应用中网络协议设计忽略高时延，将导致网络吞吐减少。 UW A信号的可利用带宽关键取决于传播损失，由于传播损失随着距离和频率的增大而增大，严重制约了可利用带宽。在有限带宽内，特别是在浅海水声信道中，相对于无线电信道而言，声信号受时变多径的影响，会导致的严重码间串扰以及多普勒频移与拓展。多径传播以及多普勒的影响削弱了水声信号，限制了数据吞吐。因此需要特殊的信号处理手段去克服这些不利因素。

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。如果电磁波的跳频技术用在海中，频率资源充足的情况下传输一组信号，频率相差大时，电路内部做处理的时候，就用两个不同频率表示1和0，相当于颜色相差大，如：赤、橙、黄、绿、青、蓝、紫这一组信号代表一个文字，碰到干扰后虽然到达的时间不一致，但由于颜色区别大也就是频率相差大接收方就容易辨认了，这样就解决了信号干扰问题。经过攻关他们研制出一个全新的跳频技术，终于成功解决了多途径干扰问题。因为语音传输是水声通信最难攻克的瓶颈问题，要求精确度极高，难度也最大，语音传输成功的实现，使这个项目完全成功了，他们做到了。（二）水声通信是当前海洋军事中最重要和关键的技术，该研究方向发挥厦门大学电子与海洋等相关学科专业的优势和特色，课题组完成了“水下图像水声传输实用样机研制”、“视频图像水下传输试验研究”等国家“863”相关课题项目, “水下图像传输系统”项目通过国家“863”专家组验收。该系统能在浅海域实现全方向无缆图象信息传输，每8秒传送一帧（160*100象素，十六级灰度），距离10公里。99年中国国际高新技术成果交易会

水声通信网络浅析

水声通信网络浅析摘要：随着现代信息技术的飞速发展，覆盖了地面、空中、太空、水面的立体信息网已经形成并为各国的通讯、交通、资源调查、国防等各项业务服务。近年来，随着世界各国海洋开发步伐的加快，发达国家开始对水下声通信网进行研究。水声通信网络（UWN）承担着探测、数据通信的重要使命。它通常由海底传感器、自主式水下运载器（AUV）和水面站组成，水面站可进一步与Internet等主干网连接，在这种环境中人们可以从多个水下远程设备提取实时数据，并把控制信息传递给各个设备。本文将介绍水声通信网络的发展现状、关键技术、具体应用及发展前景。关键词：水声通信网络发展现状 AUV 1.发展现状目前陆上与空中的有线及无线通信已经很成熟，但是水下无线通信仍处于研究与试用阶段。随着人类对海洋探索、开发的不断深入，无论是军用领域还是民用领域，都对水下通信有着极大的需求。尽管在水下可以使用电缆、光缆等有线方式进行通信，但是这些方式中节点无法移动，适用对象极其有限。电磁波在水下的衰减很大，要想在水中传播很远的距离就必须采用很低的频率，这就要求很高的传输能量和很长的天线，通常是难以实现的。目前水下通信方式主要有长波通信、水下激光通信、中微子通信、水声通信等。长波通信所需设备体积庞大，价格昂贵，通信效率低，目前主要用于基地与潜艇之间的远程通信；水下激光通信目前主要研究蓝绿激光水下通信系统，其穿透海水能力强，可实现基地与下潜400米以上的潜艇的通信，通信频带宽，数据传输能力强，但是灵活性不够；中微子通信是近年来新兴的技术，比较复杂，目前还仅仅停留在实验室阶段[2]。声波是惟一一种能在水介质中进行长距离传输的能量形式。水声通信是目前水下最合适的通信方式，得到了各发达国家研究机构和军方的高度重视。最早的水声通信可以追溯到20世纪50年代针对模拟数据的幅度调制（AM）和单边带（SSB）水下电话。随着VLSI（very large scale intergration，超大规模集成电路）技术的发展，在80年代早期水下数字频移键控（FSK）技术得到应用，它对信道的时间、频率扩散有一定的鲁棒性。80年代后期出现了水声相干通信，与非相干通信相比，水声相干通信技术可以提高有限带宽水声信道的带宽效率，但是由于水声信道的传播特性恶劣，水声相干通信刚开始并不被接受。90年代DSP（digital signal processing，数字信号处理）芯片技术和数字通信理论的发展使许多复杂信道均衡技术均可以实现，带动了水声相干通信技术的发展，并促使其开始转向对水平信道通信的研究。水下通信发展的一个里程碑式的关键环节是水下声学调制解调器的出现。最早的水下声学网络应用概念是1993年美国提出的自主海洋采样网（AOSN）。美国自1998 年起开始了称为“海网（SeaWeb）”的年度实验，意在验证水下声学网络的概念与实际使用效果。 2. 水声通信网络的特点与拓扑水声通信网络的节点有以下几个特点：第一，移动性，因此必须是能够自组织的自主网络，遵循一定的网络路由方式；第二，由于采用水下无线通信方式，因此必须能够自适应海洋环境特性，能够解决物理层的技术挑战；第三，由于采用电池供电，所以能量受到限制；第四，具有数据传播功能，可把监测数据传达到岸上。参照陆上无线传感器网络，水声通信网络的拓扑可分为两大类: 中心化的网络（centralized network）和分布式的对等网络（distributed peer-to-peer network）。在中心化网络中，节点之间的通信是经过中心节点实现的，并且网络通过这个中心节点接入骨干网。这种配置的主要缺点就是存在单一故障点，即这个节点的失效将导致整个网络的失效。同时由于单个调制解调器的作用距离有限，整个网络的覆盖范围也就有限。

语音通信系统

语音通信系统根据海景公寓语音通信的需求，结合我们多年的通信行业经验，针对海景公寓的通信特点，我们与网通一起为海景公寓推荐两种语音系统解决方案，供用户参考选择。一、广域虚拟网广域虚拟网业务（简称WAC）是建立在公众电话网基础上的虚拟用户交换业务，是根据用户需求，在虚拟网的基础上发展起来的。广域虚拟网是将分布在不同的交换局的“虚拟小交换机”组成一个专用的网络，局内的WAC群内呼叫由本局交换机完成，局间的WAC群内呼叫通过号码转换完成。为同一单位在同一地市不同地点的分支机构或办事处提供内部电话和公网电话服务。广域虚拟网群内用户拥有一长一短两个电话号码：长号为外线直拨电话号码；短号即内线号码，群内外来电可区分振铃。1.1 广域虚拟网业务功能享有公网的所有功能和新业务呼出限制、缩位拨号、呼叫转移、呼叫等待、免打扰服务、三方通话、追查恶意呼叫；虚拟小交换机的特殊新业务性能 ◆呼叫限制功能（可对分机用户设定呼叫限制） ◆完全发话限制、限制网外发话、限制网内发话、限拨国内长途、限拨国际长途。 ◆完全受话限制、网外来话限制、网内来话限制。 ◆来话转接：分机可将任何来话转接到另一个分机。 ◆来话代接：当网内任一分机来话无应答时，可由网内用户代为应答。 ◆区别振铃：网内、网外来话振铃音不同。 1.2 网络示意图广域虚拟网的网络示意图如下图所示：

1.3 广域虚拟网特点广域虚拟网有以下特点。 ◆适用范围广域虚拟网分支机构或办事处在同一地市不同地点的商业集团公司、工厂、学校、机关、医院、宿舍集中区等单位。 ◆统一编号自主管理网内号码自主选择编号方式，用户可根据各分支机构的分工等特性进行跨地区自主编号，方便记忆、管理。 ◆呼叫方式同一局内的群内呼叫，由双方直接呼叫短号来完成；本地网跨局群内呼叫，由双方直接呼叫短号来完成；群内呼叫群外用户：由群内用户加出群字冠及群外用户电话号码来完成；群外用户呼入群内用户：由群外用户直接呼叫群内电话号码来完成。 ◆计费方式一个营业区内，内部通话免费。营业区间，内部通话低资费。青岛网通公司建议采用广域虚拟网的方式，将海景公寓办公电话及其各宿舍集中点家庭电话组成一个广域虚拟网，网内通话免费，以此为国家海景公寓及其各宿舍集中点之间的语音通信提供方便，降低通信费用。

水声通信技术的发展及其应用

水声技术及其军事应用姓名：刘怀远学号：3042010032 （海军大连舰艇学院学员二十二队）摘要：水声技术是指海洋高技术在军事领域的最广泛的实践与应用。而海洋高技术包括海洋观测、海洋水声、海底资源勘探开发，以及海洋生物资源开发、海洋能源利用、海洋交通与运载、海洋结构、海水利用、海洋空间利用，以及深港技术等，可以说海洋高科技是世界新科技革命的主要领域之一。关键词：水声技术，军事 Abstract Underwater acoustic technology refers to the ocean high technology in the practice and application of the most widely in the field of military. And ocean high technology including Marine observation, sea water, Marine resource exploration and development, as well as Marine biological resources development, Marine energy, sea water, Marine traffic and transport, Marine structure used, ocean space utilization, as well as the technology, such as shenzhen and Hong Kong Marine high-tech, so to speak is one of the major areas of new technology revolution in the world. 1引言海洋高技术包括海洋观测、海洋水声、海底资源勘探开发，以及海洋生物资源开发、海洋能源利用、海洋交通与运载、海洋结构、海水利用、海洋空间利用，以及深港技术等，可以说海洋高科技是世界新科技革命的主要领域之一。而水声技术则是指海洋高技术在军事领域的最广泛的实践与应用。在高技术条件下，现代海战逐渐成为涉及太空、空中、海面、水下和海底多层空间的立体战争。作为战场空间的海洋环境，对于敌我双方的活动、对抗，装备的适应性，以至作战保障、后勤保障等具有十分紧密的关系。海上军事装备体系所形成的各种海上作战能力，均受海洋环境的影响，如海洋气温（压）、风、浪、日光辐射、潮汐、海洋跃层、电导和海洋地质、地貌、磁场等三维、多种类海洋要素或人为现象的影响。由于军事技术的日益综合和交叉，这种海洋环境因素已经成为提高海上战斗力，并使武器装备保持优势的关键所在。 2 各国水声技术发展现状军事海洋技术的提出和发展，将使海军装备技术和海军军事能力的发展面临新的历史转折点，其意义和作用非常重大。世界主要海洋国家，在经济和军事需求的牵引下，都在大力发展海洋高技术，各自制定

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。

数字水声语音通信质量估测方法的研究及仿真

第38卷第2A 期2016年2月舰船科学技术 SHIP SCIENCE AND TECHNOLOGY Vol．38，No．2A Feb．，2016 数字水声语音通信质量估测方法的研究及仿真陈洁萍，韦忠善（广西职业技术学院计算机与电子信息工程系，广西南宁530226）摘要：对数字水声语音质量估测方法E －Model 进行研究。阐述E- Model 语音质量客观评价方法的基本原理，以及模型的客观评价结果与主观评价MOS 分值之间的关系；然后研究时频差分OFDM 技术在数字水声通信系统中应用；最后采用基于OFDM 技术构建数字水声语音通信系统模型，利用E －Model 对模型输出的通信语音质量进行评价，并通过仿真实现给出客观评价值和主观MOS 值之间的关系曲线。关键词：数字水声通信；OFDM ；语音质量估计中图分类号：TM15文献标识码：A 文章编号： 1672－7649（2016）2A －0094－03 doi ：10.3404/j.issn.1672－7649.2016.2A.032 Ｒesearch and simulation the estimation model of voice quality in digital underwater acoustic voice communication CHEN Jie-ping ，WEI Zhong-shan （Guangxi Vocational and Technical College ，Department of Computer and Electronic Information Engineering ，Nanning 530226，China ） Abstract ： In this paper ，the E-Model methods are studied to estimate digital underwater acoustic voice quality．Firstly ，the basic principle of speech quality objective evaluation method E －Model and the relationship between the objective evaluation result and the MOS values are studied．Secondly ，we studied the OFDM technology applied in the digital underwater acoustic communication system．Finally ，we used the OFDM technology to build the digital underwater acoustic voice communication system Model ，and use the E-Model to evaluate the quality of voice ，then used the simulation experiment to get the relationship curve between the objective values and subjective MOS values． Key words ： digital underwater acoustic communication ；OFDM ；voice quality estimation 收稿日期：2015－11－19 基金项目：广西教育厅科学研究基金资助项目（YB2014486）作者简介：陈洁萍（1980－），女，硕士，讲师，主要从事通信技术、图像处理技术、计算机模式识别技术教学与研究。0引言随着国家对海洋的大力开发，对水下通信的应用需要也越来越迫切，有日渐增多的研究者在对这个领域开展了大量的研究，其成果也在许多应用场合得到了广泛使用，譬如远洋科考船与水下设备之间的指令通信、水下舰艇之间的通信等［1］。越来越频繁的水下通信活动，不断地促进着水声通信技术的研究。在水下环境中进行通信，其技术实现非常复杂，这主要是由于进行数据通信的水声信道的噪声较高、频带较窄，并且环境中的随机事件频发，而提高通信系统的通话质量是十分困难的［2－3］。对于大量新的水声通信技术，为了衡量水声通信技术的可靠性，需要对数字水声语音通信的质量评测方法进行研究。目前广泛采用的语音质量评价方法有主观评价和客观评价2种方式。主观评价主要是基于人的听觉感受；而客观评价则是通过采用信号与信息处理技术提取语音信号特征，进而利用特征值对当前语音质量进行判定。客观评价方法要与主观评价方法保持一致。本文采用了E-Model 语音质量客观评价方法对水下通信模型中的水声语音通信质量进行评估，得到客观结果值，并将客观值与主观评价MOS 分进行