0 引言

    水聲信道是無線通信領域中最為復雜的信道之一。水聲信道的復雜性和不穩(wěn)定性導致信號在傳輸過程的損耗以及多徑效應，接收端接收到原始信號幅度衰落^[1]，影響通信系統(tǒng)的解調和誤碼率。因此，在接收端經常采用自動增益(Auto Gain Control，AGC)的電路^[2]，可以將接收到的原始信號的幅度調整到限定的輸入范圍內，保證信號的完整性和通信的穩(wěn)定性^[3]。目前，自動增益電路在水聲通信機中應用廣泛，當前對于AGC放大器的設計研究越來越多，一般分為模擬方式和數字方式。王永龍等人^[4]研究的基于自動增益控制的聲信號處理電路，依靠硬件電路實現放大信號作用，屬于模擬方式，復雜度低；賴小強等^[5]研究的數字閉環(huán)自動增益控制系統(tǒng)，一般依靠算法實現，性能好，屬于數字方式。本文依靠電路實現抑制幅度衰落，屬于模擬方式。

    針對集群海洋觀測^[6]、海洋物聯(lián)網(IoT)^[7]、微小型水下無人航行器^[8]等應用背景下，對低成本水聲通信設備有大量的需求，并且要求水聲通信系統(tǒng)低復雜度、小尺寸、低成本、穩(wěn)健可靠，MFSK提供了一種有效技術方案。傳輸過程中，MFSK 屬于低速率、低復雜度、穩(wěn)健可靠的通信體制。

    孫柏昶等^[9]對8FSK解調方式進行深入研究，從抗頻偏性能和解調誤碼性能的數據結果來看，FSK適合用于極低速通信，適合衰落信道；岳玲等^[10]將Turbo編碼與基于MFSK的水聲通信系統(tǒng)相結合，提出軟判決統(tǒng)計量提取算法，進行湖上實驗，根據實驗結果表明該系統(tǒng)通信穩(wěn)定、有效。

    由于水聲信道的復雜性和不穩(wěn)定性，信號散射、反射、損耗等現象很常見。在多徑嚴重的信道中，接收信號受到的影響主要表現在幅度上，會出現幅度衰落，時域上表現為碼間干擾，頻域上表現在頻率選擇性衰落。接收端收到的信號幅度出現衰落，信噪比降低，解調過程受到影響，提高了誤碼率，如果兩端距離拉長，衰落現象更加嚴重，接收信號不夠完整，會出現完全解調錯誤的狀態(tài)。MFSK占用頻帶較寬，在水聲信道傳輸過程中頻率變化會引起幅度衰落，因此自動增益控制是抑制頻率選擇性衰落的有效手段。

    吳劍明等人^[11]設計了兩級放大反饋自動增益控制電路，幅度均衡性能良好，提高了水聲通信質量。但從硬件實現角度，利用運放、濾波器搭建的自動增益控制電路集成度仍有提高的余地。

    MAX9814是一款低成本、高質量的放大元器件，具有優(yōu)良的自動增益控制功能和較大的增益調整范圍，已廣泛應用于助聽器^[12]、聲頻檢測^[13]和發(fā)射機^[14]。本文應用芯片MAX9814抑制水聲信道對MFSK通信造成的頻率選擇性衰落，并在廈門五緣灣海域進行了實驗驗證。

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作者信息:

李  爽1，2，3，邱逸凡1，2，3，童  峰1，2，3

(1.廈門大學 水聲通信與海洋信息技術教育部重點實驗室，福建 廈門361005；

2.廈門大學 海洋與地球學院，福建 廈門361005；3.廈門大學深圳研究院，廣東 深圳518000)