現代水聲通信技術發展探討

邵宗戰

（中國人民解放軍91439部隊，遼寧 大連 116041）

中國遼闊的海域蘊藏著豐富油氣資源、漁業資源和礦產資源，由此產生的經濟效益對國民經濟發展起著重要作用。為了能夠有效提高我國海洋資源的探測率，應對水聲通信技術進行創新。目前，聲波在水中的電磁波要比想象中的小，能夠快速傳輸較遠的距離，在水下進行長距離通信傳輸的過程中，由于水聲通信的寬帶通數存在著一定的問題，所以信號的能量根據水聲的可用帶寬通常延綿數百米。因此，在有限的信道帶寬中，利用水聲通信資源時，應根據水聲通信領域的方向，將高速數據轉換成低速數據，減少對信號的干擾，這樣不僅能夠有效提高數據的利用率，還能夠使其在水聲通信中得以運用。

1 水聲信道相關物理特性探究

1.1 水聲信道基本物理特性

隨著工業的快速發展，水聲通信的應用過程也隨之發生了改變。從傳統的智能算法來講，在蟻群算法的過程中，應根據深層次的神經網絡進行分析，隨著海洋動態的變化，水聲信道的物理特征也發生了巨大改變，在運用人工智能算法時，應根據水聲信道的動態變化特點進行分析，在水聲領域發展中，應根據人工智能技術選用與實際相符的智能算法，這樣不僅能夠有效快速分析水聲通信中的問題，并能及時對其進行改善。其中，水聲對聲波有一定影響，并隨著頻率的提升而升高，導致水聲通信使用頻率相對較窄，進而影響到通信的效率。在人工智能發展背景下，海洋物聯網的建立對高頻、短距離的研究能夠有效提高水聲通信網關觀測技術，對于毫米波水聲通信技術，水下通信距離仍然較短，一般僅限于幾百米。水環境中聲波傳播緩慢導致水聲數據傳播延遲等問題，為了能夠有效解決這一問題，在同一信號的聲波，通過不同線路接收，收端時應對通道延遲誤差進行分析，特別是不同海洋環境中存在著毫米的差異，這種不確定性增加了數據處理的難度，導致在頻率、信號、接收或傳播的過程中，出現選擇不確定性。水下聲波的時間和空間是不確定的，在波浪的影響下，水聲通信傳播的授信會出現漂移現象，而隨著水下航行器的運動變化，聲波低速傳播，這樣不僅會導致水聲傳輸數據出現誤差較多的特點，在某一時刻，信號就會減弱，出現較大的起伏。然而，在不同的海洋環境下，不確定性的變化會更加明顯，導致其效率降低。海洋噪聲的干擾對于海上交通以及生物活動都會造成影響，此外，還會給水上信號接收時帶來較大干擾，對海洋生物造成困擾。水聲通信具有保密性高的要求。水聲通信在組網的發展中，其應用價值較高，所以在海洋物聯網建立的過程中，水上數據具有較強的敏感性，應做好相應的保密工作，并借助人工智能技術，防止網絡的干擾攻擊。

1.2 水聲信道時變特性

在水聲通信進行傳輸數據的過程中，應根據不同場景利用不同的人工智能算法。在水中探測的過程中，應根據物理層面對其進行分析，而另一方面是水聲組網主要根據網絡層面對網絡進行分組。在初期階段，人工智能技術與水聲通信技術應用相對較少，所以，人工智能技術應根據實際情況，進行使用并解決具體通信問題。隨著人工智能技術不斷發展，在深度網絡神經研究方面應把人工智能技術應用到水聲信號分類的調制以及網絡協議等方面。在海洋物聯網發展的過程中，水聲通信網絡應根據水聲目標進行識別，并將其特征進行融合，在不需要根據幾何形狀進行分析時，根據不同種類的視圖來分類，這樣不僅能夠有效提高準確率，還能將深度網絡以及網絡模型進行有效應用。通過運用人工智能技術的深度網絡進行計算，在傳統拋節點法基礎上，根據相應的計算來提高定位精度，其中，在利用人工智能的過程中，應根據深度神經網絡的信道估值，對水聲信道進行估值。如果在分析水聲信道適應期的過程中，應根據編碼進行提高或降低，這樣才能有效確保水聲通信質量的預測準確性。在水聲通信變化的過程中，應考慮風速等環境問題，并且要將設備自身的參數運用到機械學習模型中，當水聲通信時空發生變化時，能夠緊急預測，并提出相應的解決方案。在物理通信層面，人工智能的應用促進了水聲自適應調節技術的發展，如果說水聲通道單在通信技術是物理層應用的關鍵，那么，通信網絡的研究應根據水聲路由的協議以及網絡安全進行調節，并運用多種的算法設計，合理合規地調節規則，才能有效解決其存在的問題。

2 現代水聲通信技術及其應用

2.1 OFDM在現代水聲通信技術中的應用

在利用無線通信技術中，應根據資源分配，對子載波分配法進行研究。在通信系統中，帶寬資源是非常有限的，可以通過底盤系統進行最小化傳播功率，并加快傳播的速度。在網絡代碼協作OFDM通信系統中，通過自載波的分配以及用戶的數量進行最大化，并將基于容量準則的子載波分配算法、非理念傳速的最大化直播分配方案對其預算法的系統性能進行最優化預算，因此，可利用較大的多變水聲通信。實驗表明，采用馬爾可夫預測算法的系統比最小平方預測算法具有更好的性能和吞吐量，適用于大時延水聲信道。在最大化實現OFDM系統中，應根據子載波進行分析，將自帶播術中的誤碼率以及環境噪聲及信道信息對子載波上面的功率進行有效分配，其中，啟發式的水聲傳統直播算法中，未能考慮連續分配的水下通信系統，所以在使用的過程中，提出了相關的底盤系統加載優化法，在保證水下傳感器各節點數據傳輸速度不變的情況下，使總體數據最大化。在選擇資源分配的過程中，應根據子載波分配結合并對用戶進行輸送，這樣不僅能夠有效提高輸送的效率，還能有效提升系統的容量。針對水聲通信系統，應根據合理的算法，滿足誤差限定條件下的最大化數據速度，同時，應根據每個水下傳感器的相應數據速點進行分析，如果在同一時間傳感器節點上連續兩輪出現輪空的現象，就表明該節點的信息是十分不準確的，因此，應根據低原算法性能的前提下，對相應的信息傳輸進行改善，這樣不僅能夠有效提高信息傳輸的效率，還能解決存在的問題。

2.2 多載波調試

在選取傳感節點的過程中，應根據主要判斷指標，每個傳感器可以在多個或一個節點上獲得最大通道值，如果將相應的傳感節點進行分配，這樣不僅會導致傳感節點出現不佳的問題，還有可能造成數據混亂的問題。所以應選擇具有最佳信道狀態的傳感器作為本節點的降序排列。在占用不足情況下，應根據信道系統的良好節點，將其進行預留，這樣更容易在后期找到分配的節點，快速將其進行分配。如果在節點中預留了所有子載波，那么就會減少默認值，需要重新一輪分配到相應的資源。在找到信息最大值的過程中，應根據第一輪的標準進行分析，找到適合信道狀態的最大值作為節點，候選節點可能會有一個或若干個，所以在選擇節點的過程中，可以將本輪的分配子載波資源將其等待在候選節點是唯一的情況下，那么可以直接分配信道狀態，最大值對應的子載波節點。如果不確定的情況下選擇候選節點，可以相對比較節點子載波的信道狀態值，淘汰信道狀態最高值的節點并保留信道值最低的節點進入第三直播進行比較，直到最差值的一方出現節點為止，應將其分配子載波資源。其中，如果有兩個或兩個以上傳感器節點將其信道狀態值從小到大進行排序，進而可以有效實現最大值的多個子載波，所以在選擇序號的過程中，應根據實際情況進行分析，將最低的子載波進行分配。第一輪所有候選的節點分配子載波，可以按標準值進行挑選，第一輪的候選節點分配子載波資源，可以將第二輪的候選節點分配到子載波資源，如果充分考慮其算法性能，可以對算法的第三步進行改動，這樣能夠有效淘汰信道值最差的候選節點，在保留信道值最低的節點中，可以將第三子載波的節點進行比較，淘汰候選值節點狀態較低的，保留信道狀態值最低的候選節點進入第三波節點中，其中最好通過仿真觀察法觀察其性能是否有較大的改變，如果在多次分配的過程中，載波算法未能按照相應的算法進行對比參照的話，那么，在實際傳感節點大于子載波束的過程中，這一節點就會以輪空的形式進行分配。所以在下一輪分配的過程中，應根據信道狀態進行隨機生成，如果同一個傳播節點，依然輪空的情況下，那么可以對該節點傳輸的信息進行分析，再次輪入下一波分配節點中，這樣不僅能夠有效降低最低子載波進行分配，并且還能挑選出最優質的候選節點，在實際子載波資源分配完畢時，可以將候選節點進行合理準備，如果候選節點第二子載波的信道狀態值未能根據第一子載波的信道狀態值進行對比的話，不僅會發生錯亂的現象，還會降低最大的候選值，所以在實際分配的過程中，應根據傳感器的節點及最終目標的節點，按照順序進行選擇，最終其分配的子載波資源將成為最大值的多個子載波。

2.3 時間反轉技術

子載波分配算法在節點傳感器中十分重要，其中，應根據最差優先算法，以最好優先算法進行分析，如果在最差算法中狀態值不高于最好優先算法，這就說明整體信道狀態不同于傳感器節點設置的最高優先級，進而不能保證所有的信道狀態值最大。相反，最差優先算法可以考慮整體信道狀態的傳感節點，如果在沖突的情況下，應根據整體信道狀況較好的傳感器節點進行分配，再分配到子載波上，信道狀態值較大的情況下，可以按照節點論序算法的通道狀態進行分析，其中，信道狀態總和不低于其中的第三名稱，如果在每個傳感器節點的最優子載波，并不能保證全局的最優節點，所以，應根據節點論序算法進行分析，并將其隨機分配，沒有任何處理的優化，進而有效提高信道狀態的最大值。相比之下，最差優先算法可以考慮綜合的信道條件，較差的傳感器節點，如果在預防沖突的過程中出現信道特點的傳感節點，無法根據子載波最優的節點時，可以將它們分為三個，這樣不僅能夠有效保證傳感器節點的最佳利用值，還能將隨機分配算法進行優化處理。子載波論序算法的最差傳感器節點信道狀態值低于其他兩種算法，且差異不大。原因是，在使用不同算法時，應根據等級進行分配，如果分配的資源較差時，可以根據最差優先算法制定合理的機制，在優先等級較差的傳感節點仍選擇較好的資源時，就會導致節點不高于最差優先。因此，兩種算法中最差傳感器節點的信道狀態值高于其他三種算法。

2.4 多輸入多輸出技術

未被分配到子載波資源的傳感器節點序號。多輸入多輸出技術由于有6個傳感器節點，所以每個時隙必然有一個傳感器節點分配不到子載波資源，某些傳感器節點會在超過兩個的連續時隙上都獲取不到子載波資源。在通過算法傳感器節點信道狀態的過程中，可以根據最差傳感器節點通信的狀態值進行分析，最差優先算法以及最好優先算法使傳感器節點在一定的時間內能夠有效處理資源欠缺的問題，有效提高節點的傳輸性能。在每一種算法過程中，通信狀態可以根據傳感器節點數量的變化曲線，選擇最差優先算法或最好優先算法，在通信狀態，隨著傳感節點數的增加并有所變化，這不僅體現出算法的多用性以及用戶數量的多樣化，在子載波上可能會找到信道狀態更優秀的用戶，并按照相應的算法，增加最大化的性能。最差傳感器節點不夠友好的情況下，可以按最差優先算法以及最好優先算法進行分配，再進行隨機分配，如果沒有根據任何優化進行分析，其性能就會導致傳感器節點數量增加。

3 水聲通信技術的選擇

在水聲通信技術選擇的過程中，通信接收器是信號調理電路的重要一部分，其中，對水聲接收信號以及放大調理功能，如果水聲通信存在著較大問題，那么，可以對其轉換后的電信號進行分析，如果模擬信號調理電路的性能取決于通信系統工作的性能，就可以將其進行改善。在采用固定增大值或固定放大電路的方式中，固定放大值應根據相應的放大倍數進行分析，前端內部具有放大系統，可以達到相應的匹配值，固定放大電路通過信號對電路進行增值控制的情況下，應根據電路設計方案，利用放大器進行搭建，在通過電路與低通電路的方式實現濾波時，通過信號對電路的控制，能夠有效對其進行改善，并利用帶通濾波電路的實際曲線，改善相應的工藝帶，如果在相應的信號中添加相應的調整電路，就可以實現信號相應的補償目的。在設計數字信息處理的過程中，應根據外圍的電路構成對數據信號處理進行分析，在數字信號處理電路板中，應根據相應的外圍電路構成并利用檢測算法，將信號儲存到內部，將平均值與原理算法進行同步簡算。當數據值相同時，就可以簡化過程，利用同步檢測得到相關的數據值。在接收信號的過程中，如果使用線路合理算法進行處理的話，可以將結果相乘，這樣不僅能夠有效得到相關的峰值，還能得到峰值的位置。在本地參考數據值的結果中，可以根據內部數據信號處理，實現相應的本節點，在恢復至時域的過程中，可以將相乘的結果通過相應的算法進行儲存，獲得實部以及虛部的內部數據。為了能夠有效提高算法，在實踐的過程中，可以將信號進行分段，如果提供的結果通過的相加法進行拼接的話，可以將其進行改善，在固定放大電路中搭建相應的運算放大器，這樣不僅能夠有效對其進行分析，還能了解到信號中的問題，由此看來，在實際運用數據中，可以根據不同種類的信號反應，運用同步檢測算法，進而能夠有效實現數字信號，提高數據處理電路板的效率。

4 結束語

綜合上述，在現代水聲通信技術發展的過程中，仍然存在著較多問題，為了能夠有效解決這些問題，可以根據海洋環境的變化，對其進行改善，在實際應用的過程中，可以根據實際情況進行有效運用，避免出現成本高等問題。