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]研究的數字閉環自動增益控制系統，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低復雜度、小尺寸、低成本、穩健可靠，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的水聲通信系統相結合，提出軟判決統計量提取算法，進行湖上實驗，根據實驗結果表明該系統通信穩定、有效。

    由于水聲信道的復雜性和不穩定性，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。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)