崔红涛 曹自平 孙超林

(南京邮电大学通信与信息工程学院 南京 210003)

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厚壁密闭金属腔体是一类典型的国防和工业特种装备，它使得腔内高温、高压、甚至高爆炸和高辐射性环境能够安全地与外界隔绝。实际应用中为不降低这类装备的力学强度，通常希望尽可能不在腔体上开孔甚至开窗，但这导致利用常规技术对腔内状态进行实时监控变得极为困难[1]。一直以来，无线监控是以电磁波为通信载体进行信号无线传输，而密闭金属腔体却会对电磁波形成屏蔽效应[2−3]。另一方面，对于超声波而言，金属是其良好传输媒介，较低功率的超声波在金属中传播距离可达数米之遥，因此以超声波为通信载体进行跨厚壁金属的无线实时监控完全具有可行性[4−7]。

跨金属超声无线通信技术的研究在可查文献上可追溯至2000 年Hobart 等[8]的工作，尽管他们没有给出通信速率方面的数据，但立即吸引大量研究者在这一领域持续跟进。在早期阶段，相关报道集中于采用二进制启闭键控(On-offkeying,OOK)、相移键控(Phase-shift keying,PSK)和频移键控(Frequency-shift keying,FSK)常规调制方法，通信速率在数百bit/s 至数十kbit/s 之间[9]。随着正交频分多路复用(Orthogonal frequency division multiplexing,OFDM)技术的兴起，该技术逐渐被引入超声跨金属通信领域，在2010年前后通信速率实现了Mbit/s 量级[10]。但研究者们很快发现，由于OFDM对频偏敏感和峰均功率比高，基于该技术的跨金属超声通信系统较难稳定工作以及较难实现低功耗化。在2014年，余紫莹等[11]开始探索基于单载波频域均衡(Single carrier frequency-domain equalization,SC-FDE)的跨金属超声通信，随后他们实现了1.3 Mbit/s 的通信速率，在一定程度上避免了OFDM 技术的不足。……