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神秘的水下电话：它如何改变海洋通讯的未来？
水下声学通讯是一种在水中发送和接收消息的技术，随着科技的进步，这一领域已慢慢隐现出它的潜力。然而，在水下进行通讯的挑战是显而易见的，因素包括多径传播、通道时间变化、小带宽可用性以及强信号衰减，特别是在长距离传输时。水下通讯相较于地面通讯具有低数据速度的特点，因为它使用的是声波而非电磁波。
尽管水下通讯技术的挑战重重，但它依旧在不断发展。
在20世纪初，一些船只开始通过水下钟进行通讯，并利用该系统进行导航。当时的潜艇信号在原始的海事无线导航中处于竞争地位。随着费斯登振荡器的发明，潜艇通讯的形式又有了新的突破。
水下声学通讯的调制类型
水下声学通讯（UAC）所使用的调制方法有多种，这些调制方法大多是从无线电通讯中改编而来。但由于水下特殊通道的需求，有些调制方案更适合水下声学通讯。以下是UAC中常用的一些调制方法：
调制技术包括频率偏移键控（FSK）、相位偏移键控（PSK）、正交频分复用（OFDM）和连续相位调制（CPM）等。
频率偏移键控（FSK）
FSK是用于水下声学调制的最早形式，通常使用两个不同的频率来调制数据。尽管这是一种相对简单的调制方式，但其面临的挑战之一是在UAC中存在的多径反射，这可能会导致接收端的判断困惑，限制了其在垂直通道中的使用。
相位偏移键控（PSK）
相位偏移键控（PSK）是一种数字调制方案，通过变化（调制）基准信号的相位来传递数据。此技术广泛应用于无线局域网和蓝牙通讯中。
正交频分复用（OFDM）
OFDM是一种数字多载波调制技术，可以在多个并行数据通道上传递信息，对于抵抗水下频选通道的干扰极具优势。
连续相位调制（CPM）
连续相位调制（CPM）是一种相位连续变化的调制技术，可以抑制水下环境中的多径传播效应，并保持信号的完整性，其高频谱效率使其在水下带宽受限的情形下成为优秀的选择。
向量传感器的使用
相较于水下常见的标量压力传感器，向量传感器能测量声学粒子速度的元件，已在过去几十年里被广泛研究。向量传感器在水下的应用已经延伸到声纳和目标检测等领域，公司也在开发与向量传感器相关的通讯接收器及均衡器。
应用
水下电话与 JANUS 系统
水下电话（UQC）在1945年由美国海军引入，是一个双向通讯系统，已在现役潜艇和水面舰上广泛使用。此外，NATO在2017年推出的JANUS系统，旨在以声波传递数字信息，并已应用于军事与民用领域，有助于提升水下通讯的效率和普及性。
水下消息传递技术
商业硬件产品的设计已可支持水肺潜水员之间的双向消息传递，研究人员也在探索如何利用智能手机进行水中的通讯，这不仅提高了水下通讯的便利性，也为潜水活动提供了新的可能性。
随着科技的进步，水下通讯材料的发展会如何影响海洋探索和保护的未来？这一问题或许将成为我们必须思考的方向。
