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水声通信 | Nature Reviews Electrical Engineering

水声通信 | Nature Reviews Electrical Engineering 智慧海洋公众交流平台
2024-12-27
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水下无线通信是各种应用的使能技术,从基础科学(如海洋学和海洋生物学)到近海工业(如鱼类养殖或石油和天然气钻探)、搜索和救援行动,以及军事和勘探任务。对于气候监测、污染控制和军事行动,也是至关重要的。

除了短距离之外,无线电频率不能很好地通过水传播,这使得声波成为许多这些应用的优选选择。然而,声波局限于低频,限制了通信带宽。此外,声音在水下,以相对较低的速度传播,并在多个路径上传播。

数十毫秒的延迟传播,导致频率选择性失真,而运动引起了显著的多普勒效应。无线电信道的最不好的特性(即移动地面信道的差链路质量和卫星信道的长延迟),结合在水声信道中,水声信道,通常是当今使用的最具挑战性的通信介质。

近日,美国东北大学(Northeastern University)Zhengnan Li等,在Nature Reviews Electrical Engineering上发表综述文章中,讨论了在水声传播信道建模、通信信号处理和建立网络方面的现有工作。在此基础上,总结了水声通信未来的研究方向。

Underwater acoustic communications. 
水声通信。


图1: 水声网络的愿景。


图2: 水声信道中,信噪比取决于频率和距离。


图3: 声速剖面和BELLHOP射线追踪。


图4: 在2010年,移动声学通信实验期间收集50秒时间段内的信道响应(以分贝为单位的振幅)。


图5: 自适应多通道判决反馈均衡器。


图6: 时间压缩/扩张对正交频分复用单元的影响。
关键点
1、水声信道的特点是带宽有限,传播速度比光速低10万倍,多径扩展,多普勒效应严重。
3、用于水声通信的信号处理技术和网络层协议,通常是针对信道的特定特性而专门定制的。
4、未来的发展方向,包括标准化信道模型、新的调制和编码方案,以及基于反馈的通信,对于推进下一代水声网络的设计和开发,是至关重要。
5、在水声通信中的应用,数据驱动解决方案是发展趋势。科学机器学习方法,旨在利用特定领域的知识,以增强数据驱动的解决方案,所需的数据记录大大减少。

文献链接

Li, Z., Chitre, M. & Stojanovic, M. Underwater acoustic communications. Nat Rev Electr Eng (2024). 

https://doi.org/10.1038/s44287-024-00122-w

https://www.nature.com/articles/s44287-024-00122-w

本文译自Nature。

来源:今日新材料

声明:仅代表译者观点,如有不科学之处,请在下方留言指正!


【声明】内容源于网络
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