近年來，對大深度快速運動場景下高譜效水聲通信技術的需求不斷增加。相干高階調制方案是實現高譜效水聲通信的主要手段,但要確保可靠通信,關鍵在于能夠有效地跟蹤并消除快時變信道特性。

在以往的研究中，針對高階調制信號多采用嵌入鎖相環（Phase-Locked Loop，PLL）的判決反饋均衡器（Decision Feedback Equalizer, DFE）作為接收方案,但是PLL存在相位偏移估計性能隨信號星座圖案增大而降低的問題，在快速移動下僅利用PLL無法補償嚴重的定時偏差，并且隨著調制階數的增加，DFE判決導引可靠性將降低。

中國科學院聲學研究所海洋聲學技術實驗室博士研究生寇旭以及武巖波研究員等人利用后向維納平滑濾波器(backward smoothing, BS)提高高階調制下相位跟蹤的準確性，提出了基于逐符號重采樣的定時環路（Phase-and-Timing-Locked Loop, PTLL）補償Doppler帶來的信號相位扭曲和時間上的拉伸壓縮。并且設計了一種逐符號的基于自適應信道估計的均衡結構(Adaptive Channel-Estimation based Equalizer, ACEE)，利用高階高碼率低譯碼延遲的網格編碼調制技術（Trellis-Coded-Modulation, TCM）逐符號保護高階調制信號的判決導引，提高均衡的準確性。相關研究成果發表于學術期刊Applied Acoustics。

數值仿真分析結果表明，這種接收方案可以容忍高達2 m/s²的徑向相對加速度，而傳統方案即使在使用多普勒效應預補償的情況下也會在徑向相對加速度為0.5 m/s²時表現出退化。在3700 m海區的試驗中，頻帶為10±2.5 kHz，信噪比為24.06 dB，發射波束覆蓋范圍為±40°，通過四通道處理，實現了7.25 bps/Hz的頻譜效率，超過134.13kbps×km。較傳統相干水聲通信方案，信噪比要求降低了6dB以上，可以實現更大的距離和角度覆蓋范圍。

本研究得到國家重點研發計劃（No.2021YFC2800200）、國家自然科學基金（No.61971472）和中國科學院戰略性先導科技專項（No.XDA22030101）的資助。

圖1 判決反饋模式下所提接收框圖（圖/中國科學院聲學研究所）

圖2 四種接收方案在不同均勻加速度運動下的均衡性能（64-QAM）（圖/中國科學院聲學研究所）

（a）DFE-PLL （b）ACEE-TCM-PLL （c）ACEE-TCM-BS-PTLL

圖3 解調后的符號（圖/中國科學院聲學研究所）

關鍵詞：高譜效水聲通信；快時變場景；鎖相定時環路

參考文獻：

Kou X, Wu Y, Zhu M, et al. High-spectral-efficiency underwater acoustic communication with integrated phase tracking and timing resampling in fast time-varying scenarios. Applied Acoustics, 2024, 221: 110031. DOI: 10.1016/j.apacoust.2024.110031

論文鏈接：

https://doi.org/10.1016/j.apacoust.2024.110031