水声通信技术难点及进展
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水声通信技术的难点
水声通信技术在发送端把信息添加到声波中，让声波把信息带到远方的接收端去。声波会穿透海水，被海水吸收、折射、散射，被海底和海面反射，被噪声干扰，声波从发送端到接收端所经历的环境称之为水声信道。信道对水声通信的影响有以下 5 点。
吸收衰减。海水对声波的吸收衰减是随频率指数上升的，这一方面导致水声通信的带宽很窄，通信速率低；另一方面导致频率越高通信距离越短。1 kHz 的声波可以传几十甚至上百公里，10 kHz 的声波可以传十来公里，100 kHz 的只能传几百米，1 MHz 的就只能传几米。通信速率和通信距离基本上呈现反比的关系，为了对比不同工作频率的通信机的性能，一般用通信速率和通信距离的乘积来表征一个通信系统的性能。
多途传播。发射端发射的声波会沿着多条不同的路径传播，接收端将先后收到同一个信号经过不同路径后到达的多个信号，这种现象被称为“多途传播”，简称“多途”。水声信道决定了多途传播路径的数目以及各到达信号的强度及时延，在深海信道时延可达几秒，在浅海信道一般是毫秒量级，长的可达百毫秒量级。多途一方面会造成信号拖尾，前面的信号干扰后面的信号——信号传输速率越高，单个符号的持续时间越短，相同多途时延扩展影响到的符号数目越多，接收信号质量越差，系统性能越差；另一方面，多途还会造成某些频率的信号被增强而另一些频率的信号被削弱，这种现象被称为频率选择性衰落，这种强弱变化还和空间位置有关系，称为空间选择性衰落。
多普勒频移。当水声通信的发射端与接收端做相对运动时，接收信号的频率将会发生变化，这种现象称为多普勒效应，而频率的变化称为多普勒频移。除了通信设备相对运动之外，起伏的海面对声波的反射、水中湍流对声波的折射等现象也会引入多普勒频移，使得接收端的多普勒偏离变化不是单一的，而是一种不连续的分布，这被称为多普勒频移扩散。由于声波的传播速度低，使得同样运动速度时水声通信中多普勒效应比无线电通信中严重 10 万倍。
时变性。水声信道具有时变性，因此水声信道被称为时变的时延-多普勒频移双扩散信道。由于声波的传播速度低、通信的符号周期较长，使得信道的时变性对通信的影响更加明显，对时延扩散和多普勒频移扩散的处理变得更加困难。
环境噪声。天然的和人工因素造成的环境噪声对水声通信有严重的影响。
水声通信信道是非常复杂多变的时延-多普勒频移双扩散信道，带宽窄、传播速度慢、噪声严重，声波在信道中传输时发生各种失真，到接收端的时候声波信号已经面目全非了。如何在发送端往声波中添加更多的信息并且能够在接收端从变形的声波中准确无误地恢复出发送端添加的信息是水声通信技术的核心，主要技术包括调制解调和纠错技术等。