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966 2018 年 11 月

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图 1 国外调制解调器实验设备
Fig. 1 Modem used in the experiment abroad

2015年，美国纽约布法罗大学和美国马萨诸塞 用了 QPSK 调制方式和 1/2 码率信道卷积码，高速

州波士顿东北大学，共同引领了基于软件无线电 通信则采用了 OFDM调制方式和信道编码，能够在
的水声网络的架构设计，以及可重编程声调制解调 1 km 范围内实现 20 kbps 的通信速率，且误码率为
器 [4,21] 的构建。系统物理层使用前向纠错(Forward 10 −5 [4,23−24] 。2018 年在丹东的浅海冰层下进行了
error correction, FEC) 技术，采用 1/2 卷积码进行 通信实验，采用 OFDM 通信体制，在4 kHz∼8 kHz
编码，并定义了多种通信体制，提供了重配置选项： 频带内，实现了 2 kbps 的传输速率和 12 km 的传输
切换当前调制方式下的数据和编码速率，切换不同 距离，为北极冰下通信奠定了一定基础。实验设备
方案。实现了不同物理层配置的自适应机制，并进行 如图2所示。
了水池实验和湖试。水池实验中，应用OFDM技术，
在带宽24 kHz、中心频率100 kHz的情况下，实现了
25 kbit/s的数据率和100 m的通信距离 [22] 。之后在
Xilinx Zynq Z-7020、双ARM Cortex-A9(866 MHz)
和 Avnet PicoZed XC7Z020-1CLG400 FPGA 的系
统集成芯片上，开发了 SEANet-G3 平台，基于该平
台的湖试，在 ZP-OFDM 通信体制、带宽 600 kHz、
中心频率500 kHz的情况下，能够实现500 kbit/s的
数据率和10 m的通信距离 [4] 。图1(b)为在La Salle
图 2 中科院声学研究所调制解调器实验设备
湖上实验所用的设备 [22] 。
Fig. 2 Modem used in the experiment of Institute
2.2 国内发展 of Acoustics

国内对于水声通信，尤其是可重编程调制解调 2012年，哈尔滨工程大学基于ARM 6410芯片，
器的发展起步较晚，目前基本处于实验研究状态，主 实现了一种智能水声调制解调器平台。用户可在该
要研究成果如下： 平台上执行各自开发的程序，并能在此之上完善调
2010 年，中国科学院声学研究所基于 Blackfin 制解调器状态控制、数据存储、网络协议实现的功
561单核DSP平台对可重编程调制解调器进行了设 能 [4,25] ，2011年在黄海区域海试验证了该调制解调
计，其中所使用的BF561，可以根据不同的待处理数 器的可行性。在此基础上，2012 年对 OFDM 技术
据量，来改变当前工作的 CPU 的频率，其中发射模 在松花江进行了实验。实验带宽为 4 kHz∼8 kHz，
块、传感器模块、电源模块等也都可以根据环境和 采用 QPSK 调制方式，1/2 卷积码编码，最终实现
需求进行自适应配置转换，具有紧凑、低功耗、能量 1873 bps 的数据率和 4.3 km 的通信距离 [7,26] 。图3
有效、实时、硬件模块化的特点。该调制解调器含有 为实验中的矢量 OFDM 调制解调器 [26] 。该技术为
不同的调制方案和编码方式，并在浙江千岛湖对该 基于 OFDM 技术的水声组网通信奠定了基础，未
调制解调器进行了点对点通信实验，中低速通信采 来有望把该平台用于建立更复杂的水声网络中。