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水下无线光通信

/underwater wireless optical communication/
条目作者黄慧

黄慧

最后更新 2024-04-03
浏览 367
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一种重要的水下通信技术,主要包括水下无线激光通信和水下无线发光二极管通信等技术。

英文名称
underwater wireless optical communication
所属学科
海洋学

水下无线光通信的突出优点是数据传输速率高,可高达1千兆比特每秒,但因为水对光信号的吸收很严重,所以传播距离受限。浑水中的浮游生物和悬浮粒子会对光产生散射,进一步缩短通信距离。

水下无线激光通信主要由发射系统、水下信道和接收系统三大部分组成。水下无线光学通信的机理是将待传送的信息经过编码器编码后加载到调制器上,从而转变成随着信号变化的电流来驱动光源,即将电信号转变成光信号,然后通过透镜将光束以平行光束的形式在信道中传输;接收端由透镜将传输过来的平行光束以点光源的形式聚集到光检测器上,由光检测器件将光信号转变成电信号,然后进行信号调理,最后由解码器解调出原来的信息。水下无线激光通信的优点有:①传输速率高。②光波频率高,信息承载能力强。③抗电磁干扰能力强。④保密性高。⑤收发设备尺寸小,重量轻。然而,水下激光通信也有通信距离短和瞄准困难等缺点。

水下无线发光二极管通信利用发光二极管灯高速点灭的发光响应特性,将信号调制到发光二极管可见光上,来传输信息和指令。无线发光二极管通信系统分为发射部分和接收部分,发射部分包括发光二极管可见光发射系统及其驱动电路、信号输入和处理电路,接收部分包括接收光学系统、光电探测器、信号处理和输出电路。水下发光二极管无线通信有如下特点:①不受外界电磁波干扰。②具有较高的保密性。③发光二极管灯发光效率高、能耗低、绿色环保。④调制性能好、响应灵敏度高。⑤无须无线电频谱认证。⑥体积小、受温度影响小、易于安装、价格低。然而,发光二极管发射角大,使得发射方向性差、能量发散,缩短了传输距离。水下无线发光二极管通信具有很大的发展前景,将为水下光学通信提供一种全新的高速数据接入方式,已经引起了广泛关注和研究。发光二极管无线通信已经在实验室里实现了超高速的数据传输。

水下无线光通信具有较高的数据传输速率、较少的链路延迟和较低的实现成本。高传输速率能保证许多实时应用的实现,例如水下视频传输。水下无线光通信的发展也面临一些挑战,包括水体对光信号有严重吸收、散射和衰减,光收发器的错位会导致水下光链路断开,特别是海面的随机运动容易导致连接问题,水下无线光通信系统的实现需要可靠的水下设备,特别是电池的可靠性和设备功耗的效率。

  • 陈鹰,黄豪彩,瞿逢重,等.海洋技术教程.2版.杭州:浙江大学出版社,2018.

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