水下無線通信簡(jiǎn)介

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(cè)系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)，借助海洋觀測(cè)系統(tǒng)，可以采集有關(guān)海洋學(xué)的數(shù)據(jù)、監(jiān)測(cè)環(huán)境污染、氣候變化海底異常地震火山活動(dòng)、探查海底目標(biāo)以及遠(yuǎn)距離圖像傳輸。同時(shí)，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光通信，它們具有不同的特性及應(yīng)用場(chǎng)合。

01 水聲通信

水聲通信的最吸引人的優(yōu)點(diǎn)是它可以實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)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(duì)較低（通常是kbps級(jí)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(shí)時(shí)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(duì)于大規(guī)模的UWSNs實(shí)現(xiàn)不經(jīng)濟(jì)。此外，聲學(xué)技術(shù)還會(huì)影響到利用聲波進(jìn)行通信和導(dǎo)航的海洋生物。

02 水下射頻通信

●射頻通信與聲波和光波相比，可以實(shí)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。

03 水下光通信

●更高的數(shù)據(jù)速率：可以在幾十米的中等距離上實(shí)現(xiàn)Gbps級(jí)別的數(shù)據(jù)傳輸速率。這種高速的優(yōu)勢(shì)將保證許多實(shí)時(shí)應(yīng)用的實(shí)現(xiàn)，例如水下視頻傳輸。

●更低的鏈路延時(shí)：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(huì)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。