近日，廈門大學海洋與地球學院、水聲通信與海洋信息技術教育部重點實驗室童峰教授團隊在通信領域國際頂級期刊IEEE Transactions on Vehicular Technology上在線發表了題為“Exploiting Rapidly Time-Varying Sparsity for Underwater Acoustic Communication”的研究成果。該研究提出一種估計快變水聲信道參數的新算法，并從多方面驗證了該算法改善通信性能的有效性，為突破復雜時變海洋環境下水聲信息穩健傳輸技術難題提供了新的思路。

隨著海洋資源勘探、海洋環境監測、海洋工程開發、海洋權益維護等領域對信息獲取、傳輸與感知的需求急劇增加，水聲通信已成為構建立體化海洋信息體系的關鍵技術。然而，水聲信道被廣泛認為是一種極其惡劣的無線信道，具有強烈時-空-頻隨機變化、強多徑、帶寬受限和高噪聲等復雜特點，這使得水聲通信成為一項極具挑戰性的任務。特別是在復雜海洋環境下，一方面，隨機小尺度動態變化導致水聲信道具有快速時變特性，另一方面，信道中仍存在相對靜態多徑分量，往往造成現有信道估計和均衡算法出現失配，嚴重影響水聲通信性能，給高性能水聲通信系統研究設計帶來了極大障礙。

該研究從快速時變、相對靜態這兩類截然不同的動態特性出發，對信道多徑進行區別性處理并引入觀測長度優化機制，提出一種新的序貫自適應觀測長度正交匹配追蹤 (SAOLOMP) 算法。該算法首先對水聲通信中相對靜態的多徑分量進行分離和初估計；隨后，利用初估計殘差重構時變分量，由于不同時變程度下正交匹配追蹤(OMP)的最優觀測窗長不同，算法設計了梯度下降自適應調整OMP觀測窗長的迭代優化機制，從而增加了對不同程度時變的算法調控手段；最后，將靜態和時變分量結果相加完成信道估計。數值模擬以及淺海、深海海域海試實驗結果表明，所提出的SAOLOMP算法與目前主流方法相比，在利用快速時變稀疏性方面表現出更好的性能，有效改善了快速時變環境下的水聲通信性能。

海洋與地球學院博士生江偉華為論文第一作者，童峰教授為通訊作者。該研究得到國家重點研發計劃項目（2018YFE00110000）和國家自然科學基金項目（11274259、11574258）的聯合資助。

論文來源：W. Jiang, F. Tong and Z. Zhu, Exploiting Rapidly Time-Varying Sparsity for Underwater Acoustic Communication, in IEEE Transactions on Vehicular Technology, 2022, doi: 10.1109/TVT.2022.3181801.

論文鏈接：https://doi.org/10.1109/TVT.2022.3181801