科研进展
近日，厦门大学海洋与地球学院、导航与位置服务技术国家地方联合工程研究中心童峰教授团队在正交频分复用（OFDM）水声通信新方法研究方面取得重要进展。相关研究成果以“Enhancing Underwater Acoustic OFDM Communication via Belief Discrimination Data Reuse”为题，发表于工业信息领域顶级期刊IEEE Transactions on Industrial Informatics. 该研究为破解水声通信中如何平衡导频开销与通信性能的技术难题提供了新的思路。
研究背景
01
水声通信是水下信息感知、海洋物联网、自主水下航行器协同等领域的关键支撑技术。然而，水声信道具有传播损耗高、多径衰落强、多普勒频移大、环境噪声复杂及时变特性等挑战，对通信系统的可靠性与速率提出了极高要求。正交频分复用（OFDM）技术因其对多径传播的强鲁棒性和高频谱效率得到广泛重视，但OFDM水声通信性能高度依赖于信道估计的准确性，传统导频辅助方法需占用大量子载波作为导频，导致有效传输速率下降。如何在保证通信性能的同时降低导频开销，实现“降本增效”，是当前水声OFDM通信面临的核心难题之一。
方法与结果
02
针对上述问题，研究团队提出一种基于分层置信判别器的数据重用方法，通过智能筛选高可信度的数据子载波并将其重用为“虚拟导频”，进而设计一种内嵌分层置信判别器的OFDM水声通信接收机（如图1所示），该置信判别器结合比特级后验概率与符号级欧氏距离度量，实现对高可信度数据子载波的精准筛选，并将筛选出的高可信度数据子载波融入导频集合，迭代提升可用导频数量，从而改善信道估计与均衡性能，实现在不增加实际导频开销的前提下，提升水声通信性能。
图 1. (a)接收机流程图；(b)数据子载波重利用过程示意图
研究团队通过仿真（如图2所示）与海上试验（如图3、图4所示）验证了所提方法的优越性。在不同码率、不同导频比例及多种信道估计算法下，所提方法均表现出显著的解码性能提升，且与主流方法相比，在低导频开销下仍能保持更优的通信性能，体现了对OFDM水声通信降本增效的有效性。
图 2.仿真结果图
(a)不同码率；(b) 不同导频比例；(c)不同信道估计算法（注：BDDR为所提方法）
图 3.水声通信海试试验场景及信道结构
(a)海试试验示意图；(b)接收器在2米深度时的信道结构图；(c)接收器在 2.5 米深度时的信道结构图；(d)接收器在3米处的信道结构图
图 4.水声通信海试试验结果分析
(a)不同码率下的无误码包与误码包占比；(b) 不同导频比例下的无误码包与误码包占比（注：BDDR为所提方法）
研究团队
及资助
03
该论文第一作者为厦门大学海洋与地球学院博士研究生杨逍宇，通讯作者为童峰教授，合作者包括厦门大学博士研究生邱逸凡、姚俊辉，以及周跃海副教授。该研究得到教育部学科突破先导项目（项目编号：JYB2025XDXM209）、国家自然科学基金（项目编号：6241101121）的资助。
论文来源
X. Yang, Y. Qiu, J. Yao, F. Tong and Y. Zhou, "Enhancing Underwater Acoustic OFDM Communication via Belief Discrimination Data Reuse," inIEEE Transactions on Industrial Informatics, doi:10.1109/TII.2025.3643828.
论文链接
https://ieeexplore.ieee.org/document/11319263
图文 | 童峰，杨逍宇
编辑 | 苏颖
排版 | 方偲媛
审核 | 宋忠长 曹知勉
信息来源：厦门大学海洋与地球学院。
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