水声通信技术是指利用声波在水中传播的特性，实现水下信息传输的技术。它是海洋科学、工程和国防等领域不可或缺的重要手段，具有广阔的应用前景。本文将介绍水声通信技术的原理、发展、挑战和新进展，以期对这一技术有一个全面的了解。
水声通信技术的原理
水声通信技术的基本原理是将电信号转换为声波信号，在水中传播，然后再将声波信号转换为电信号。这一过程涉及到发射端、接收端和水声信道三个部分。
发射端主要包括数字调制器、功率放大器和换能器。数字调制器将待传输的数字信息按照一定的规则，改变载波的幅度、频率或相位等参数，得到数字调制信号。功率放大器将数字调制信号放大到一定的功率水平，以便在水中传播。换能器将电信号转换为声波信号，并将其辐射到水中。
接收端主要包括换能器、低噪声放大器和数字解调器。换能器将接收到的声波信号转换为电信号，并将其放大到一定的电压水平。低噪声放大器将电信号进一步放大，并滤除一些噪声。数字解调器根据载波的参数变化，恢复出原始的数字信息。
水声信道是指水体、海面和海底构成的复杂介质，它是水声通信技术面临的最大挑战。水声信道具有随机时变、多普勒效应、多径效应、环境噪声和带宽小等特点，这些特点会导致水声信号在传播过程中产生衰减、失真、干扰和噪声等现象，从而降低水声通信系统的性能。
水声通信技术的发展
水声通信技术的发展始于上世纪四十年代，最初的水声通信系统采用的是模拟调制方式。20世纪70年代后，数字调制逐步取代模拟调制，成为水声通信主流的调制方式。
非相干通信技术主要是利用键控的方式进行调制，由于频移键控（FSK）调制技术的通信数据可靠性较高，因此最为常用。1981年美国麻省理工大学和伍茲霍尔海洋研究联合开发的水声通信系统利用多进制频移键控（MFSK）进行调制，在200m左右的距离上实现了1.2kbps的水声通信速率。
相干通信技术主要包括相移键控（PSK）、差分相移键控（DPSK），其带宽利用率比非相干通信技术提高了一个数量级。20世纪90年代美国Scripps海洋研究所发展出了单载波相干通信技术，采用多相移键控（MPSK）信号，空间分集、自适应均衡器、纠错编码和多普勒补偿等技术。
以正交频分复用（OFDM）为代表的多载波水声通信技术将高速串行信号转化为低速并行信号，增加了码元持续时间，降低了带宽，有利于在多径信道中传输。2005年美国康涅狄格大学的Shengli Zhou等人提出了补零OFDM水声通信方案，实现了2.5km距离22.7kbps的水声通信速率，且误码率低于。
多输入多输出技术（MIMO）利用信号在信道中多径传播的特性来实现高速、可靠、多端通信。