随着公网通信技术的发展，打开手机，不仅能随时随地进行信息传递，还能轻松解决“我在哪里”的问题。但在茫茫的大海，不借助卫星则难以实现即时的通信以及精准的定位。

信号覆盖范围相对较小、覆盖成本高，是现有蜂窝网络、无线专网在海洋应用中的痛点问题。

更准更快

精准定位不再是望“洋”兴叹的事

随着对海洋探索与开发的不断深入，实现海上通信的同时获得更加精确的定位信息逐渐成为“刚需”。如何解决这一瓶颈问题？

中山大学电子与通信工程学院姜园教授项目团队依托广东省海洋经济发展（海洋六大产业）专项支持的“通导融合芯片及海洋信息系统研发与产业化”项目，搭建了高中低多种通信速率灵活配置、无线通信与高精度卫星导航融合、海面通信导航和水下通信与导航集成的海洋立体通导融合系统，基于超窄带通信体制创新性，研制了该类型海洋立体通信系统，实现了业界领先的接收灵敏度，并成功应用于海洋社会经济活动。

通导一体化终端APP界面。

“虽然目前手机芯片融合了公网通信和全球卫星导航功能，但在行业应用中尚未推出基于天基实现通信导航融合的芯片及终端。业界针对海洋、荒漠等应用场景提出的NTN技术尚在攻关阶段，市场上相关产品几乎是一片空白。”据姜园介绍，目前市面最新卫星通信导航类设备只具备卫星通信、卫星导航或基于北斗RDSS的短报文通信功能，但受制于资费、RDSS接入频次和并发数量限制，不太适合海量物联网应用，且未见与水下通信导航的跨介质融合。

在中山大学的广东省海空天通信重点实验室里，一枚比指甲盖更小的芯片承载着研究团队的心血。在研究团队的潜心攻关下，这枚小小的芯片融合了无线通信与卫星导航的功能，有望在浩瀚大海中发挥“定海神针”的作用，让即时通信与精准定位不再是望“洋”兴叹的事。

“卫星通信与卫星导航有着相同的电子信息理论基础和相似的应用场景。”据姜园介绍，时间及空间信息是人类社会生活的基础信息，而信息的沟通是人类社会形成和发展的基石。作为当前无线通信和卫星导航两个领域共同的研究热点之一，通导融合是指使同一套系统实现通信和导航两方面功能，我国北斗卫星导航系统的短报文功能便是通导融合的典型案例之一。

据姜园介绍，通信与导航的融合可分为三种方式，导航系统对通信系统的增强、通信系统对导航系统的增强以及无线网络的通信导航一体化融合。

不同于业界当前对通导融合的研究多是用地面无线通信网络实现定位功能来解决卫星定位系统的室内服务盲区问题，姜园教授项目团队面向海量物联网应用需求，将着眼点放在如何基于天基信息实现通信和导航的融合，实现更大范围、更低成本通信覆盖的同时兼具卫星导航的功能。

通导融合信号波形设计成了项目团队攻克的核心关键点。为同步解决天基通信高接收灵敏度与低成本应用的共性难题，项目团队将目光投向技术难度很高的超窄带通信。

通导一体化终端。

“不同于宽带，超窄带因为带宽极窄，反而能把接收灵敏度尽量降低以增强从空间到地面的远距离传输能力，便于与卫星导航融合以提升定位精度、提高频谱利用率……”姜园补充说，“比如日常生活中所用的手机，像4G LTE带宽支持3/5/10/15/20兆赫兹，而超窄带的带宽仅为100赫兹”，意味着项目团队仅用公网通信万分之一的带宽去做远距离的通信传输。

如何利用带宽极小的超窄带准确“捕获”信息进行通信，进而与卫星导航融合？项目团队突破了超窄带前导码快速捕获、高精度的频率偏移矫正、载波多普勒补偿等技术难题，创新性地解决超窄带同步及补偿问题，并基于超窄带通信实现远距离信息传输的同时，辅助实现高精度导航，实现通导融合信号设计，解决了现有通导融合系统波形设计难以兼顾通信和卫星导航的性能问题。“这使得基于天基信息、多速率灵活配置的无线专网在茫茫大海既能灵活通信，又能高精度定位。”姜园说。

通导一体化模组

与此同时，项目团队还将与传输性能密切相关的灵敏度指标做到极致。“即使在没有天基卫星的特殊情况下，这样也足以支撑低轨卫星通信以高空平台搭载伪卫星，实现超远通信覆盖。”姜园补充道。

在通导一体化芯片的基础上，项目团队设计开发通用的模组，以便通导一体化芯片与其他功能的芯片模组组成功能更强大的终端设备，以满足多样化、多场景的应用需求。此外，项目团队还研发了中、高速专网通信设备，使得图片、视频也能在海上快速传输。

更远更快

海面之下也能“耳聪目明”

为了让信息在蓝色国土的水面之下也流动起来，形成空中、海上、水下的海洋立体通导系统，项目团队结合水声通信技术以及水下组合定位导航技术实现高精度水下通信导航。

在海面之下实现稳定、高速率的通信传输以及高精度的定位导航，是世界共同难题。没有通信，海面之下犹如一片“寂静之地”。

作为公认的水下无线传输主要方式，水声通信是海洋监测的重要手段。在水声通信领域有着丰富研究经验的瞿逢重教授，带着项目团队突破了高性能水声通信及水下定位导航的关键技术，成功研制出了小型化水声通信终端和水下定位导航子系统，搭建起水下通导融合系统，组成了海洋立体通导融合系统的水下拼图。

水声定位导航系统。

2021年进行近海试验时，当看到小型化水声通信终端传回了14公里距离外的3.07千比特每秒的高速率相干通信时，项目团队很是兴奋，这意味着自主研发的远距离高速水声通信技术打破了国外封锁。该指标也突破了同类水声通信机最高性能指标，实现了技术超越。

“据抚仙湖实验数据，自研设备在水下最远的传输距离可达到32公里。”姜园介绍说，这也是目前业界可见报道的同类水声通信机在相同速率下的最远传输距离。

凭借着出色的性能，小型化水声通信终端科技成果入选“2021年中国十大海洋科技进展”。

依托通导一体化芯片、小型化高性能水声通信以及导航终端等自主研发产品，项目团队搭建起了“水上+水下”“通信+导航”相结合的海洋立体通导系统，让广袤海域有了随时随地通信、高精度定位的可能。

但研发团队的脚步并没有止步于此。他们期待在进一步的研发中让苍穹之上的卫星照亮更辽阔的海域，助力智慧海洋的建设。

南方+记者 陈薇

通讯员 郭婉华 许妍娜 张雨昕