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                                                               阵列(Field-programmable gate array, FPGA)的使
             1 引言
                                                               用能力，以及其他用于网络层的非常见编程语言的

                 人类对海洋的了解只是冰山一角，为满足深入                          编写能力     [4] 。下文简要介绍可重编程 OFDM 水声
             探索海洋，满足军事应用需求，需要实现高速率的                            调制解调器在国内外的技术进展和商业应用。
             水声通信，并在高速传输信息的同时满足高可靠                             2.1  国外发展
             性。浅海高速水声通信面临着诸多难题，其中最困                                国外的水声通信研究一直处于领先地位，尤其
             难的问题是由强多途和由于海洋表面反射、内波等                            是美国，为可重编程水声调制解调器的进展奠定了
             引起的快速时变，另外接收信号幅度衰落和码间干                            基础，是该技术领域的第一个里程碑。2006年–2010
             扰，以及海洋环境有限的带宽和时间 -空间 -频率变                         年期间，世界各国关于可重编程水声调制解调器的
             化特性，都影响着浅海高速水声通信的性能                      [1−2] 。  七个学术项目，大多数都出自美国                 [4] 。另外新加坡
             国内外对浅海高速水声通信进行了广泛的研究，虽                            和一些欧洲国家，在该方面也取得了一定成就。
             然提高了通信速率，但是符号持续时间变短，使得                                2007 年，美国的康涅狄格大学对可重编程
             信道时延扩展影响严重，导致均衡器更为复杂，因                            OFDM调制解调器进行了研究。该调制解调器为在
             此在宽带无线电通信系统中大获成功的正交频分                             有限带宽信道内提高数据传输率，应用了空间多路
             复用 (Orthogonal frequency division multiplexing,   技术。在调制解调器发射端，几种不同的调制方案
             OFDM)技术，被视为水声高速通信的新途径，该技                          和不同码率进行组合，以适应不同的环境，得到预期
             术已被广大水声行业人士成功应用于水声通信，展                            的传输距离、传输速率等。接收端则采用分块处理，
             现了其优越性。但是还需要进一步解决 OFDM 存                          其中空载波用于多普勒补偿，导频子载波用于信道
             在的一些问题，因此对 OFDM技术的研究进行得如                          估计；每个子载波都将低密度奇偶校验码(Low den-
             火如荼。                                              sity parity check code, LDPC)信道解码技术、连续
                 为了改善通信系统中无线衰落信道的时变特                           波干扰对消技术和软最小均方误差估计(Minimum
             性，能够有效解决通信可靠性与资源利用率间矛盾                            mean square error estimation, MMSE)均衡技术结
             的自适应技术相应发展起来             [3] 。而正是由于自适应
                                                               合起来，并通过多输入多输出系统 (Multiple-input
             平台在水声通信系统中的应用，激发了可重编程水                            multiple-output, MIMO) 检测器进行连续检测。海
             声调制解调器的发展。可重编程水声调制解调器通                            试中该调制解调器工作带宽为 62.5 kHz，传输数据
             过改变调制解调器物理层的参数及调制方式，来适
                                                               率为 125.7 kb/s  [4−5] ，在高速水声通信领域初步展
             应不同实验/应用场景的需求，为网络层实现提供
                                                               现了 MIMO-OFDM 检测器的优势。图1(a) 为水池
             物理基础。水声通信和通信网络实验对灵活性的高                            实验的设备      [5] ，该调制解调器目前仍处于初步探索
             要求，也促使基于软件无线电的可重编程水声调制                            阶段，对大多普勒的情况尚存在不足。
             解调技术得到了较快的发展。
                                                                   自 1999 年 以 来， 美 国 Woods Hole Oceano-
                                                               graphic Institution(WHOI) 开发的 Micro-modem
             2 可重编程OFDM水声调制解调器成果及
                                                               一直在通信领域发挥着重要的平台作用，并不
                研究现状
                                                               断更新，新版本嵌入了更强大的 DSP 和数据采集
                 用户可以通过参考已有的示例与模板，改变可                          FPGA，增加了内存容量，可实现更强大的功能                    [4,6] 。
             重编程调制解调器的参数和架构，在水声通信物理                            它可在浅海工作，工作频段为介于3 kHz∼30 kHz之
             层、网络层中实现预期功能。对主要的通信模块实                            间的四个不同频段。调制解调可采用低速跳频频移
             现重编程，如调制模块、信号处理算法模块以及网络                           键控 (Frequency-hopping Frequency-shift Keying,
             协议模块。可重编程调制解调器对基于自适应平台                            FH-FSK) 和可变速率的相移键控 (Phase shift key-
             的水声通信有着重要的意义，但是对硬件和编程能                            ing, PSK)，在 PSK 模式时的数据通信速率为
             力有着较高的要求，例如数字信号处理器 (Digital                       300∼5000 bps，在 FH-FSK 模式最远通信距离可
             signal processor, DSP) 的编程能力，现场可编程门               达2 km∼4 km    [7−8] 。2009年，对该调制解调器进行
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