1. 水声通信链路测试需求与指标分解
场景输入与指标分解思路
本例给定一个浅海中等距离水声通信场景：作用距离 5 km，要求有效数据率不低于 2 kbps，误码率不高于 10⁻⁴，链路可用度不低于 95%。测试需求分析的任务不是直接去测“5 km 能不能通”，而是把这三个系统级指标拆成可以在水池、湖上或海上分段验证的链路级测试项，并为每一项给出可量化的通过判据。
分解时抓住一条主线：系统指标由链路预算和信号处理增益共同决定。距离决定传播损失与可用带宽，数据率决定带宽与调制阶数，误码率决定所需信噪比余量。因此先把系统指标映射到“发射声源级—传播损失—接收电平—检测信噪比—误码率”这条信号链上，再把链上每个环节变成独立可测的量。
把指标变成可测项的关键换算
分解的核心是把“距离、速率、误码率”翻译成预算表里的分贝数。以本例场景为例，取工作频段 8–16 kHz、浅海近似球面扩展加吸收，5 km 处传播损失按 TL = 20·log₁₀(r) + α·r 估算，r = 5000 m，α 取 1.5 dB/km，则 20·log₁₀(5000) ≈ 74 dB，吸收项 1.5×5 = 7.5 dB，合计约 81.5 dB。若接收端要求检测信噪比门限为 10 dB（对应 2 kbps、QPSK 加信道编码的保守取值），接收端环境噪声谱级折算后为 55 dB，则所需接收电平 RL ≈ 65 dB，进而所需发射声源级 SL ≈ 65 + 81.5 = 146.5 dB。这个 146.5 dB 就是 T1 的预算基准值，实测 SL 低于它即判定发射条件不满足。
数据率与误码率则共同约束调制与编码参数：2 kbps 在 8 kHz 带宽内可用 QPSK 加 1/2 码率卷积码实现，此时达到 10⁻⁴ 所需 SNR 约 10 dB，与上面的门限一致。若实测 SNR 只有 7 dB，则要么降速率到 1 kbps 换 3 dB 处理增益，要么提高发射声源级，这正是测试项之间需要联动的判断依据。
测试项与判据表
| 测试项 | 测量对象 | 测量条件 | 通过判据 |
|---|---|---|---|
| T1 发射声源级 | 发射换能器轴向 SL | 工作频段中心频率，标准水听器 1 m 处 | SL ≥ 146.5 dB，偏差在 ±1.5 dB 内 |
| T2 传播损失 | 5 km 处 TL | 同一发射功率，多点测量取均值 | TL ≤ 81.5 dB |
| T3 接收电平与 SNR | 接收端 RL、检测 SNR | 实际接收阵列，含背景噪声测量 | SNR ≥ 10 dB |
| T4 误码率与吞吐 | BER、有效数据率 | 连续发送测试序列 ≥ 10⁵ bit | BER ≤ 10⁻⁴ 且速率 ≥ 2 kbps |
| T5 可用度 | 同步失败率、重传率、中断时长 | 连续运行 ≥ 1 h | 不可用时间占比 ≤ 5% |