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第 37 卷 第 6 期             曾腾等： 可重编程正交频分复用水声调制解调技术进展                                          967


                                                               年发布了第一个基于软件的商业水声通信调制解
                                  ᅺ᧚͜ਖ٨
                                                               调器 ——HAM 系列。该调制解调器的实现平台为
                                                               DSP，在 CCS 软件中用 C/C++ 进行重编程               [4,29] 。
                                                               HAM 系列的调制解调器只包含了物理层，在之后
                                                               的RACUN项目中才完善了网络层的重编程。其性
                                                               能较单一用途的调制解调器来说可能不占优势，但
                                                               对于使用该调制解调器进行配置和编程的用户来
                图 3 哈尔滨工程大学矢量 OFDM 调制解调器节点                     说，它降低了使用门槛，在重编程应用方面具有重要
                实物                                             的意义。在 2014 年的海试中，采用 OFDM 技术，在
               Fig. 3 Actual picture of Vector-OFDM-modem of   带宽 25 kHz、中心频率 6 kHz 的情况下，能够实现
               Harbin Engineering University                   23 km的传输距离       [4] 。
                 2014年，西北工业大学和中国舰船研究院研究                            2012年，美国的康涅狄格大学在已有的OFDM
             的水声调制解调器也采用了 OFDM 调制方式。该                          调制解调器基础上，生产出 AquaSeNT 商用调制解
             水声调制解调器基于集成 C6000 的 DSP 设备以及                      调器。调制解调器通过信噪比作为通信性能参量，
             ARM 处理器的 TI OMAP-L138 处理器的平台，在                    进行模式切换，以期实现水声通信的智能化。该调
             连接调制解调器硬件和 PC 时，将正确的传输和接                          制解调器的工作带宽为 6 kHz，载波频率为 24 kHz，
             收参数传输到 DSP 上。考虑到 DSP 存储资源有限，                      有五种传输模式，OFDM 的子载波有不同的调制方
             为了实现实时通信，对调制解调器算法进行了分块                            案 ——BPSK、QPSK 和 16-QAM，能达到 9 kbit/s
             处理，采用基于多相滤波器的块采样算法。湖试可                            的最大数据传输率         [4,30] 。由于该系统要实现数据率
             实现的通信距离为10 km，数据率达到 4 kbps，误比                     最大化，因此当前面临着减少发送数据包所需能耗
             特率为10   −3 ∼10 −4 [4,27] 。                        的问题，致力实现水下“绿色通信”。
                 2015 年， 厦 门 大 学 将 可 重 编 程 调 制 解 调                 2013 年， 新 加 坡 Subnero 公 司 发 布 了 Unet-
             器 应 用 到 水 声 语 音 通 信 中， 基 于 浮 点 型 DSP              Stack的1.1.1 版本，将调制解调器应用于水下网络。
             TMS320C6713 设计了时频差分 OFDM 水声语音                     UnetStack能够实现不同的应用、传输方式、媒介接
             通信系统，在厦门五缘湾海域进行了海上实验。其                            入方式和物理层协议。其高扩展性允许用户创建、
             中调制方式为时频二维差分 DQPSK 编码，语音编                         测试和配置新的媒介来运行堆栈，或者在堆栈中增
             解码采用美国联邦标准FTR 1024A-1997 2.4 kbit/s               加新功能、新协议。UnetStack不仅能增加新网络功
             MELP 编码，该算法在 2.4 kbit/s 速率下获得的语                   能，也能重新配置解调器物理层参数，应用不同调制
             音质量较好，抗干扰能力强。实验中收发换能器之                            方案和纠错编码。Subnero调制解调器在UnetStack
             间距离 820 m，换能器工作带宽为 13 kHz∼18 kHz，                 基础上，增加了物理层方案和参数的重编程选项。
             有效传输速率为3.75 kbit/s       [28] 。                   默认配置为：数据链路 2 kb/s∼10 kb/s，载波频率

             2.3 商业应用                                          27 kHz，带宽18 kHz，能实现 2 km∼3 km 距离的通
                                                               信。其中所有的参数都可动态自定义                 [4,31] 。Subnero
                 水下通信协议一直以来无法实现标准化，但随
                                                               调制解调器的物理层为OFDM调制方式，硬件平台
             着商业水声调制解调器逐渐对终端用户开放，不同
                                                               为 DSP 和 FPGA，编程语言使用 Java/Groovy           [31] 。
             制造商制造的调制解调器的互操作性得到了改善，
                                                               2013 年 9 月，EvoLogics 公司与 Subnero 公司合作，
             同时推动了自适应平台的发展 ——水声调制解调
                                                               对调制解调器进行升级，大力支持 UnetStack，两者
             器根据环境变化和不同的应用需求切换协议类型
                                                               共同致力于可重编程调制解调器的研发和商业化。
             和参数。这种开放式架构调制解调器，促使水下通
             信协议标准的建立，以提高调制解调器可接纳性和                            2.4  小结
             包容性。                                                  从表 1 来看，可重编程 OFDM 水声调制解调
                 德国的 Develogic 公司作为第一家对终端用户                    器在十年内的发展，总的来说较为迅速。图 4 能更
             开放其系统的商业水声调制解调器制造商，在2010                          加直观地观察近年来国内外调制解调器的性能分
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