現(xiàn)代水聲通信技術(shù)發(fā)展探討

邵宗戰(zhàn)

（中國人民解放軍91439部隊(duì)，遼寧 大連 116041）

中國遼闊的海域蘊(yùn)藏著豐富油氣資源、漁業(yè)資源和礦產(chǎn)資源，由此產(chǎn)生的經(jīng)濟(jì)效益對國民經(jīng)濟(jì)發(fā)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(yīng)對水聲通信技術(shù)進(jìn)行創(chuàng)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(yuǎn)的距離，在水下進(jìn)行長距離通信傳輸?shù)倪^程中，由于水聲通信的寬帶通數(shù)存在著一定的問題，所以信號的能量根據(jù)水聲的可用帶寬通常延綿數(shù)百米。因此，在有限的信道帶寬中，利用水聲通信資源時(shí)，應(yīng)根據(jù)水聲通信領(lǐng)域的方向，將高速數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成低速數(shù)據(jù)，減少對信號的干擾，這樣不僅能夠有效提高數(shù)據(jù)的利用率，還能夠使其在水聲通信中得以運(yùn)用。

1 水聲信道相關(guān)物理特性探究

1.1 水聲信道基本物理特性

隨著工業(yè)的快速發(fā)展，水聲通信的應(yīng)用過程也隨之發(fā)生了改變。從傳統(tǒng)的智能算法來講，在蟻群算法的過程中，應(yīng)根據(jù)深層次的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分析，隨著海洋動態(tài)的變化，水聲信道的物理特征也發(fā)生了巨大改變，在運(yùn)用人工智能算法時(shí)，應(yīng)根據(jù)水聲信道的動態(tài)變化特點(diǎn)進(jìn)行分析，在水聲領(lǐng)域發(fā)展中，應(yīng)根據(jù)人工智能技術(shù)選用與實(shí)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(shí)對其進(jìn)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(dǎo)致水聲通信使用頻率相對較窄，進(jìn)而影響到通信的效率。在人工智能發(fā)展背景下，海洋物聯(lián)網(wǎng)的建立對高頻、短距離的研究能夠有效提高水聲通信網(wǎng)關(guān)觀測技術(shù)，對于毫米波水聲通信技術(shù)，水下通信距離仍然較短，一般僅限于幾百米。水環(huán)境中聲波傳播緩慢導(dǎo)致水聲數(shù)據(jù)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(shí)應(yīng)對通道延遲誤差進(jìn)行分析，特別是不同海洋環(huán)境中存在著毫米的差異，這種不確定性增加了數(shù)據(jù)處理的難度，導(dǎo)致在頻率、信號、接收或傳播的過程中，出現(xiàn)選擇不確定性。水下聲波的時(shí)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(xiàn)漂移現(xiàn)象，而隨著水下航行器的運(yùn)動變化，聲波低速傳播，這樣不僅會導(dǎo)致水聲傳輸數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差較多的特點(diǎn)，在某一時(shí)刻，信號就會減弱，出現(xiàn)較大的起伏。然而，在不同的海洋環(huán)境下，不確定性的變化會更加明顯，導(dǎo)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(shí)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(wǎng)的發(fā)展中，其應(yīng)用價(jià)值較高，所以在海洋物聯(lián)網(wǎng)建立的過程中，水上數(shù)據(jù)具有較強(qiáng)的敏感性，應(yīng)做好相應(yīng)的保密工作，并借助人工智能技術(shù)，防止網(wǎng)絡(luò)的干擾攻擊。

1.2 水聲信道時(shí)變特性

在水聲通信進(jìn)行傳輸數(shù)據(jù)的過程中，應(yīng)根據(jù)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(yīng)根據(jù)物理層面對其進(jìn)行分析，而另一方面是水聲組網(wǎng)主要根據(jù)網(wǎng)絡(luò)層面對網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行分組。在初期階段，人工智能技術(shù)與水聲通信技術(shù)應(yīng)用相對較少，所以，人工智能技術(shù)應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況，進(jìn)行使用并解決具體通信問題。隨著人工智能技術(shù)不斷發(fā)展，在深度網(wǎng)絡(luò)神經(jīng)研究方面應(yīng)把人工智能技術(shù)應(yīng)用到水聲信號分類的調(diào)制以及網(wǎng)絡(luò)協(xié)議等方面。在海洋物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的過程中，水聲通信網(wǎng)絡(luò)應(yīng)根據(jù)水聲目標(biāo)進(jìn)行識別，并將其特征進(jìn)行融合，在不需要根據(jù)幾何形狀進(jìn)行分析時(shí)，根據(jù)不同種類的視圖來分類，這樣不僅能夠有效提高準(zhǔn)確率，還能將深度網(wǎng)絡(luò)以及網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行有效應(yīng)用。通過運(yùn)用人工智能技術(shù)的深度網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行計(jì)算，在傳統(tǒng)拋節(jié)點(diǎn)法基礎(chǔ)上，根據(jù)相應(yīng)的計(jì)算來提高定位精度，其中，在利用人工智能的過程中，應(yīng)根據(jù)深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的信道估值，對水聲信道進(jìn)行估值。如果在分析水聲信道適應(yīng)期的過程中，應(yīng)根據(jù)編碼進(jìn)行提高或降低，這樣才能有效確保水聲通信質(zhì)量的預(yù)測準(zhǔn)確性。在水聲通信變化的過程中，應(yīng)考慮風(fēng)速等環(huán)境問題，并且要將設(shè)備自身的參數(shù)運(yùn)用到機(jī)械學(xué)習(xí)模型中，當(dāng)水聲通信時(shí)空發(fā)生變化時(shí)，能夠緊急預(yù)測，并提出相應(yīng)的解決方案。在物理通信層面，人工智能的應(yīng)用促進(jìn)了水聲自適應(yīng)調(diào)節(jié)技術(shù)的發(fā)展，如果說水聲通道單在通信技術(shù)是物理層應(yīng)用的關(guān)鍵，那么，通信網(wǎng)絡(luò)的研究應(yīng)根據(jù)水聲路由的協(xié)議以及網(wǎng)絡(luò)安全進(jìn)行調(diào)節(jié)，并運(yùn)用多種的算法設(shè)計(jì)，合理合規(guī)地調(diào)節(jié)規(guī)則，才能有效解決其存在的問題。

2 現(xiàn)代水聲通信技術(shù)及其應(yīng)用

2.1 OFDM在現(xiàn)代水聲通信技術(shù)中的應(yīng)用

在利用無線通信技術(shù)中，應(yīng)根據(jù)資源分配，對子載波分配法進(jìn)行研究。在通信系統(tǒng)中，帶寬資源是非常有限的，可以通過底盤系統(tǒng)進(jìn)行最小化傳播功率，并加快傳播的速度。在網(wǎng)絡(luò)代碼協(xié)作OFDM通信系統(tǒng)中，通過自載波的分配以及用戶的數(shù)量進(jìn)行最大化，并將基于容量準(zhǔn)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(yù)算法的系統(tǒng)性能進(jìn)行最優(yōu)化預(yù)算，因此，可利用較大的多變水聲通信。實(shí)驗(yàn)表明，采用馬爾可夫預(yù)測算法的系統(tǒng)比最小平方預(yù)測算法具有更好的性能和吞吐量，適用于大時(shí)延水聲信道。在最大化實(shí)現(xiàn)OFDM系統(tǒng)中，應(yīng)根據(jù)子載波進(jìn)行分析，將自帶播術(shù)中的誤碼率以及環(huán)境噪聲及信道信息對子載波上面的功率進(jìn)行有效分配，其中，啟發(fā)式的水聲傳統(tǒng)直播算法中，未能考慮連續(xù)分配的水下通信系統(tǒng)，所以在使用的過程中，提出了相關(guān)的底盤系統(tǒng)加載優(yōu)化法，在保證水下傳感器各節(jié)點(diǎn)數(shù)據(jù)傳輸速度不變的情況下，使總體數(shù)據(jù)最大化。在選擇資源分配的過程中，應(yīng)根據(jù)子載波分配結(jié)合并對用戶進(jìn)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(tǒng)的容量。針對水聲通信系統(tǒng)，應(yīng)根據(jù)合理的算法，滿足誤差限定條件下的最大化數(shù)據(jù)速度，同時(shí)，應(yīng)根據(jù)每個(gè)水下傳感器的相應(yīng)數(shù)據(jù)速點(diǎn)進(jìn)行分析，如果在同一時(shí)間傳感器節(jié)點(diǎn)上連續(xù)兩輪出現(xiàn)輪空的現(xiàn)象，就表明該節(jié)點(diǎn)的信息是十分不準(zhǔn)確的，因此，應(yīng)根據(jù)低原算法性能的前提下，對相應(yīng)的信息傳輸進(jìn)行改善，這樣不僅能夠有效提高信息傳輸?shù)男?，還能解決存在的問題。

2.2 多載波調(diào)試

在選取傳感節(jié)點(diǎn)的過程中，應(yīng)根據(jù)主要判斷指標(biāo)，每個(gè)傳感器可以在多個(gè)或一個(gè)節(jié)點(diǎn)上獲得最大通道值，如果將相應(yīng)的傳感節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配，這樣不僅會導(dǎo)致傳感節(jié)點(diǎn)出現(xiàn)不佳的問題，還有可能造成數(shù)據(jù)混亂的問題。所以應(yīng)選擇具有最佳信道狀態(tài)的傳感器作為本節(jié)點(diǎn)的降序排列。在占用不足情況下，應(yīng)根據(jù)信道系統(tǒng)的良好節(jié)點(diǎn)，將其進(jìn)行預(yù)留，這樣更容易在后期找到分配的節(jié)點(diǎn)，快速將其進(jìn)行分配。如果在節(jié)點(diǎn)中預(yù)留了所有子載波，那么就會減少默認(rèn)值，需要重新一輪分配到相應(yīng)的資源。在找到信息最大值的過程中，應(yīng)根據(jù)第一輪的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行分析，找到適合信道狀態(tài)的最大值作為節(jié)點(diǎn)，候選節(jié)點(diǎn)可能會有一個(gè)或若干個(gè)，所以在選擇節(jié)點(diǎn)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(jié)點(diǎn)是唯一的情況下，那么可以直接分配信道狀態(tài)，最大值對應(yīng)的子載波節(jié)點(diǎn)。如果不確定的情況下選擇候選節(jié)點(diǎn)，可以相對比較節(jié)點(diǎn)子載波的信道狀態(tài)值，淘汰信道狀態(tài)最高值的節(jié)點(diǎn)并保留信道值最低的節(jié)點(diǎn)進(jìn)入第三直播進(jìn)行比較，直到最差值的一方出現(xiàn)節(jié)點(diǎn)為止，應(yīng)將其分配子載波資源。其中，如果有兩個(gè)或兩個(gè)以上傳感器節(jié)點(diǎn)將其信道狀態(tài)值從小到大進(jìn)行排序，進(jìn)而可以有效實(shí)現(xiàn)最大值的多個(gè)子載波，所以在選擇序號的過程中，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行分析，將最低的子載波進(jìn)行分配。第一輪所有候選的節(jié)點(diǎn)分配子載波，可以按標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行挑選，第一輪的候選節(jié)點(diǎn)分配子載波資源，可以將第二輪的候選節(jié)點(diǎn)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(jìn)行改動，這樣能夠有效淘汰信道值最差的候選節(jié)點(diǎn)，在保留信道值最低的節(jié)點(diǎn)中，可以將第三子載波的節(jié)點(diǎn)進(jìn)行比較，淘汰候選值節(jié)點(diǎn)狀態(tài)較低的，保留信道狀態(tài)值最低的候選節(jié)點(diǎn)進(jìn)入第三波節(jié)點(diǎn)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(yīng)的算法進(jìn)行對比參照的話，那么，在實(shí)際傳感節(jié)點(diǎn)大于子載波束的過程中，這一節(jié)點(diǎn)就會以輪空的形式進(jìn)行分配。所以在下一輪分配的過程中，應(yīng)根據(jù)信道狀態(tài)進(jìn)行隨機(jī)生成，如果同一個(gè)傳播節(jié)點(diǎn)，依然輪空的情況下，那么可以對該節(jié)點(diǎn)傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行分析，再次輪入下一波分配節(jié)點(diǎn)中，這樣不僅能夠有效降低最低子載波進(jìn)行分配，并且還能挑選出最優(yōu)質(zhì)的候選節(jié)點(diǎn)，在實(shí)際子載波資源分配完畢時(shí)，可以將候選節(jié)點(diǎn)進(jìn)行合理準(zhǔn)備，如果候選節(jié)點(diǎn)第二子載波的信道狀態(tài)值未能根據(jù)第一子載波的信道狀態(tài)值進(jìn)行對比的話，不僅會發(fā)生錯亂的現(xiàn)象，還會降低最大的候選值，所以在實(shí)際分配的過程中，應(yīng)根據(jù)傳感器的節(jié)點(diǎn)及最終目標(biāo)的節(jié)點(diǎn)，按照順序進(jìn)行選擇，最終其分配的子載波資源將成為最大值的多個(gè)子載波。

2.3 時(shí)間反轉(zhuǎn)技術(shù)

子載波分配算法在節(jié)點(diǎn)傳感器中十分重要，其中，應(yīng)根據(jù)最差優(yōu)先算法，以最好優(yōu)先算法進(jìn)行分析，如果在最差算法中狀態(tài)值不高于最好優(yōu)先算法，這就說明整體信道狀態(tài)不同于傳感器節(jié)點(diǎn)設(shè)置的最高優(yōu)先級，進(jìn)而不能保證所有的信道狀態(tài)值最大。相反，最差優(yōu)先算法可以考慮整體信道狀態(tài)的傳感節(jié)點(diǎn)，如果在沖突的情況下，應(yīng)根據(jù)整體信道狀況較好的傳感器節(jié)點(diǎn)進(jìn)行分配，再分配到子載波上，信道狀態(tài)值較大的情況下，可以按照節(jié)點(diǎn)論序算法的通道狀態(tài)進(jìn)行分析，其中，信道狀態(tài)總和不低于其中的第三名稱，如果在每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)的最優(yōu)子載波，并不能保證全局的最優(yōu)節(jié)點(diǎn)，所以，應(yīng)根據(jù)節(jié)點(diǎn)論序算法進(jìn)行分析，并將其隨機(jī)分配，沒有任何處理的優(yōu)化，進(jìn)而有效提高信道狀態(tài)的最大值。相比之下，最差優(yōu)先算法可以考慮綜合的信道條件，較差的傳感器節(jié)點(diǎn)，如果在預(yù)防沖突的過程中出現(xiàn)信道特點(diǎn)的傳感節(jié)點(diǎn)，無法根據(jù)子載波最優(yōu)的節(jié)點(diǎn)時(shí)，可以將它們分為三個(gè)，這樣不僅能夠有效保證傳感器節(jié)點(diǎn)的最佳利用值，還能將隨機(jī)分配算法進(jìn)行優(yōu)化處理。子載波論序算法的最差傳感器節(jié)點(diǎn)信道狀態(tài)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(shí)，應(yīng)根據(jù)等級進(jìn)行分配，如果分配的資源較差時(shí)，可以根據(jù)最差優(yōu)先算法制定合理的機(jī)制，在優(yōu)先等級較差的傳感節(jié)點(diǎn)仍選擇較好的資源時(shí)，就會導(dǎo)致節(jié)點(diǎn)不高于最差優(yōu)先。因此，兩種算法中最差傳感器節(jié)點(diǎn)的信道狀態(tài)值高于其他三種算法。

2.4 多輸入多輸出技術(shù)

未被分配到子載波資源的傳感器節(jié)點(diǎn)序號。多輸入多輸出技術(shù)由于有6個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，所以每個(gè)時(shí)隙必然有一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)分配不到子載波資源，某些傳感器節(jié)點(diǎn)會在超過兩個(gè)的連續(xù)時(shí)隙上都獲取不到子載波資源。在通過算法傳感器節(jié)點(diǎn)信道狀態(tài)的過程中，可以根據(jù)最差傳感器節(jié)點(diǎn)通信的狀態(tài)值進(jìn)行分析，最差優(yōu)先算法以及最好優(yōu)先算法使傳感器節(jié)點(diǎn)在一定的時(shí)間內(nèi)能夠有效處理資源欠缺的問題，有效提高節(jié)點(diǎn)的傳輸性能。在每一種算法過程中，通信狀態(tài)可以根據(jù)傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量的變化曲線，選擇最差優(yōu)先算法或最好優(yōu)先算法，在通信狀態(tài)，隨著傳感節(jié)點(diǎn)數(shù)的增加并有所變化，這不僅體現(xiàn)出算法的多用性以及用戶數(shù)量的多樣化，在子載波上可能會找到信道狀態(tài)更優(yōu)秀的用戶，并按照相應(yīng)的算法，增加最大化的性能。最差傳感器節(jié)點(diǎn)不夠友好的情況下，可以按最差優(yōu)先算法以及最好優(yōu)先算法進(jìn)行分配，再進(jìn)行隨機(jī)分配，如果沒有根據(jù)任何優(yōu)化進(jìn)行分析，其性能就會導(dǎo)致傳感器節(jié)點(diǎn)數(shù)量增加。

3 水聲通信技術(shù)的選擇

在水聲通信技術(shù)選擇的過程中，通信接收器是信號調(diào)理電路的重要一部分，其中，對水聲接收信號以及放大調(diào)理功能，如果水聲通信存在著較大問題，那么，可以對其轉(zhuǎn)換后的電信號進(jìn)行分析，如果模擬信號調(diào)理電路的性能取決于通信系統(tǒng)工作的性能，就可以將其進(jìn)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(yīng)根據(jù)相應(yīng)的放大倍數(shù)進(jìn)行分析，前端內(nèi)部具有放大系統(tǒng)，可以達(dá)到相應(yīng)的匹配值，固定放大電路通過信號對電路進(jìn)行增值控制的情況下，應(yīng)根據(jù)電路設(shè)計(jì)方案，利用放大器進(jìn)行搭建，在通過電路與低通電路的方式實(shí)現(xiàn)濾波時(shí)，通過信號對電路的控制，能夠有效對其進(jìn)行改善，并利用帶通濾波電路的實(shí)際曲線，改善相應(yīng)的工藝帶，如果在相應(yīng)的信號中添加相應(yīng)的調(diào)整電路，就可以實(shí)現(xiàn)信號相應(yīng)的補(bǔ)償目的。在設(shè)計(jì)數(shù)字信息處理的過程中，應(yīng)根據(jù)外圍的電路構(gòu)成對數(shù)據(jù)信號處理進(jìn)行分析，在數(shù)字信號處理電路板中，應(yīng)根據(jù)相應(yīng)的外圍電路構(gòu)成并利用檢測算法，將信號儲存到內(nèi)部，將平均值與原理算法進(jìn)行同步簡算。當(dāng)數(shù)據(jù)值相同時(shí)，就可以簡化過程，利用同步檢測得到相關(guān)的數(shù)據(jù)值。在接收信號的過程中，如果使用線路合理算法進(jìn)行處理的話，可以將結(jié)果相乘，這樣不僅能夠有效得到相關(guān)的峰值，還能得到峰值的位置。在本地參考數(shù)據(jù)值的結(jié)果中，可以根據(jù)內(nèi)部數(shù)據(jù)信號處理，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的本節(jié)點(diǎn)，在恢復(fù)至?xí)r域的過程中，可以將相乘的結(jié)果通過相應(yīng)的算法進(jìn)行儲存，獲得實(shí)部以及虛部的內(nèi)部數(shù)據(jù)。為了能夠有效提高算法，在實(shí)踐的過程中，可以將信號進(jìn)行分段，如果提供的結(jié)果通過的相加法進(jìn)行拼接的話，可以將其進(jìn)行改善，在固定放大電路中搭建相應(yīng)的運(yùn)算放大器，這樣不僅能夠有效對其進(jìn)行分析，還能了解到信號中的問題，由此看來，在實(shí)際運(yùn)用數(shù)據(jù)中，可以根據(jù)不同種類的信號反應(yīng)，運(yùn)用同步檢測算法，進(jìn)而能夠有效實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號，提高數(shù)據(jù)處理電路板的效率。

4 結(jié)束語

綜合上述，在現(xiàn)代水聲通信技術(shù)發(fā)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(jù)海洋環(huán)境的變化，對其進(jìn)行改善，在實(shí)際應(yīng)用的過程中，可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行有效運(yùn)用，避免出現(xiàn)成本高等問題。