水下光通信|高速靈活的通信選擇

水下無線通信是指在水環(huán)境中通過無線載波傳輸數(shù)據(jù)，載波可以是電磁波、聲波和光波。

海洋覆蓋著地球三分之二的表面積，它是人類探索和研究的最前沿的領(lǐng)域之一。水下無線通信是研制海洋觀測系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，借助海洋觀測系統(tǒng)，可以采集有關(guān)海洋學(xué)的數(shù)據(jù)、監(jiān)測環(huán)境污染、氣候變化海底異常地震火山活動、探查海底目標(biāo)以及遠(yuǎn)距離圖像傳輸。同時，它在軍事中也起到至關(guān)重要的作用。

水下無線通信主要可以分成三大類：水聲通信、水下電磁波通信和水下量子通信，它們具有不同的特性及應(yīng)用場合。

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水聲通信的最吸引人的優(yōu)點是它可以實現(xiàn)長達(dá)幾十公里的遠(yuǎn)距離鏈路。但它也具有一定的內(nèi)在技術(shù)局限性：

●聲鏈路的傳輸數(shù)據(jù)速率相對較低（通常是kbps級別）。

●聲波在水中的傳播速度很慢，聲學(xué)鏈路遭受嚴(yán)重的通信延遲(通常以秒為單位)。它無法支持需要實時大容量數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用。

●聲波收發(fā)器通常體積大、成本高、耗能大，對于大規(guī)模的UWSNs實現(xiàn)不經(jīng)濟(jì)。此外，聲學(xué)技術(shù)還會影響到利用聲波進(jìn)行通信和導(dǎo)航的海洋生物。

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●射頻通信與聲波和光波相比，可以實現(xiàn)地面射頻通信系統(tǒng)和水下通信系統(tǒng)相結(jié)合的跨界通信。由于含有大量鹽的海水是導(dǎo)電傳輸介質(zhì)，所以射頻波在超低頻（30-300Hz）下只能傳播幾米。

●水下RF-EM系統(tǒng)還需要巨大的發(fā)射天線和昂貴、耗能的收發(fā)器，成本太高。

水下光通信優(yōu)勢

●更高的數(shù)據(jù)速率：可以在幾十米的中等距離上實現(xiàn)Gbps級別的數(shù)據(jù)傳輸速率。這種高速的優(yōu)勢將保證許多實時應(yīng)用的實現(xiàn)，例如水下視頻傳輸。

●更低的鏈路延時：在水中，光的傳播要遠(yuǎn)高于聲波，因此水下通信的鏈路不會受到鏈路延遲的影響。

●安全性高：大多數(shù)的水下通信系統(tǒng)都是密閉結(jié)構(gòu)，難以進(jìn)行竊聽。

●成本低：激光二極管和光電二極管作為光學(xué)水下收發(fā)器，成本低。

水下無線光通信應(yīng)用：環(huán)境監(jiān)測、近?？碧健④娛滦袆拥?/p>