廈門大學童峰教授團隊提出基于置信度判別數據重利用的水聲OFDM通信新方法！

科研進展

近日，廈門大學海洋與地球學院、導航與位置服務技術國家地方聯合工程研究中心童峰教授團隊在正交頻分復用（OFDM）水聲通信新方法研究方面取得重要進展。相關研究成果以“Enhancing Underwater Acoustic OFDM Communication via Belief Discrimination Data Reuse”為題，發表于工業信息領域頂級期刊IEEE Transactions on Industrial Informatics. 該研究為破解水聲通信中如何平衡導頻開銷與通信性能的技術難題提供了新的思路。

研究背景

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水聲通信是水下信息感知、海洋物聯網、自主水下航行器協同等領域的關鍵支撐技術。然而，水聲信道具有傳播損耗高、多徑衰落強、多普勒頻移大、環境噪聲復雜及時變特性等挑戰，對通信系統的可靠性與速率提出了極高要求。正交頻分復用（OFDM）技術因其對多徑傳播的強魯棒性和高頻譜效率得到廣泛重視，但OFDM水聲通信性能高度依賴于信道估計的準確性，傳統導頻輔助方法需占用大量子載波作為導頻，導致有效傳輸速率下降。如何在保證通信性能的同時降低導頻開銷，實現“降本增效”，是當前水聲OFDM通信面臨的核心難題之一。

方法與結果

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針對上述問題，研究團隊提出一種基于分層置信判別器的數據重用方法，通過智能篩選高可信度的數據子載波并將其重用為“虛擬導頻”，進而設計一種內嵌分層置信判別器的OFDM水聲通信接收機（如圖1所示），該置信判別器結合比特級后驗概率與符號級歐氏距離度量，實現對高可信度數據子載波的精準篩選，并將篩選出的高可信度數據子載波融入導頻集合，迭代提升可用導頻數量，從而改善信道估計與均衡性能，實現在不增加實際導頻開銷的前提下，提升水聲通信性能。

圖 1. (a)接收機流程圖；(b)數據子載波重利用過程示意圖

研究團隊通過仿真（如圖2所示）與海上試驗（如圖3、圖4所示）驗證了所提方法的優越性。在不同碼率、不同導頻比例及多種信道估計算法下，所提方法均表現出顯著的解碼性能提升，且與主流方法相比，在低導頻開銷下仍能保持更優的通信性能，體現了對OFDM水聲通信降本增效的有效性。

圖 2.仿真結果圖

(a)不同碼率；(b) 不同導頻比例；(c)不同信道估計算法（注：BDDR為所提方法）

圖 3.水聲通信海試試驗場景及信道結構

(a)海試試驗示意圖；(b)接收器在2米深度時的信道結構圖；(c)接收器在 2.5 米深度時的信道結構圖；(d)接收器在3米處的信道結構圖

圖 4.水聲通信海試試驗結果分析

(a)不同碼率下的無誤碼包與誤碼包占比；(b) 不同導頻比例下的無誤碼包與誤碼包占比（注：BDDR為所提方法）

研究團隊

及資助

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該論文第一作者為廈門大學海洋與地球學院博士研究生楊逍宇，通訊作者為童峰教授，合作者包括廈門大學博士研究生邱逸凡、姚俊輝，以及周躍海副教授。該研究得到教育部學科突破先導項目（項目編號：JYB2025XDXM209）、國家自然科學基金（項目編號：6241101121）的資助。

論文來源

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.

論文鏈接

https://ieeexplore.ieee.org/document/11319263

圖文 | 童峰，楊逍宇

編輯 | 蘇穎

排版 | 方偲媛

審核 | 宋忠長 曹知勉

• 信息來源：廈門大學海洋與地球學院。

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