水下通信技术研究

导语：水下通信技术研究一文来源于网友上传，不代表本站观点，若需要原创文章可咨询客服老师，欢迎参考。

目前水下通信已经覆盖民用、军事多个领域，水下通信一直是人们所主攻的技术方向。本文对水下通信技术的研究进展进行了综述，重点总结和分析了几种典型的水下通信方式，并在此基础上讨论了水下通信下一步的研究方向。水下通信是指水下双方的通信，或者水上与水下的通信，水通常指海水、湖泊水、河水等自然水域。目前水下通信技术的研究主要包括两类：水下有线通信技术和水下无线通信技术，具体如下。

1水下有线通信技术

1.1水下线缆通信技术。水下线缆通信是在水下铺设线缆，形成通信双方高可靠高稳定高带宽通信链路。但该技术也有明显的缺陷，就是材料成本和人工成本高，同时需要线缆具有高水密性，并且恶劣海洋环境容易导致线缆漏电情况的发生，在铺设、维护和安全方面存在一定的不利因素。1.2水下电力载波通信技术。水下电力载波通信利用的是低压电力线，不需要专门铺设线缆，它采用调制技术，对用户数据进行调制，将承载用户数据的高频加载于电流上，通过电力线进行数据传输，可大大降低成本。但其将通信信号耦合至电力线时，会存在耦合损耗，导致信号衰减，而且为了扩大传输距离，必须使用中继器，同样需要人工成本，并且必须保证其在水下相当长时间正常稳定工作。

2水下无线通信技术

2.1水下电磁波通信技术。水下电磁波通信主要是使用电磁波的甚低频VLF、超低频SLF和极低频ELF三个低频波段进行通信，其通信过程与陆地电磁波通信类似，都是利用无线电磁波收发机进行双向通信，区别在于前者是水下，后者是水上。由于电磁波的传播不需要介质，并且具有强穿透性，因此无线电磁波收发机具有抗干扰，在近距离条件下能达到较高的通信质量和容量的优势。但是无线电磁波收发机本身功率大，成本高，天线尺寸大，体积大，并且传播路径损耗严重，信道不稳定。2.2水下光通信技术。水下光通信包括水下可见光通信、水下不可见光通信，是以光波作为信息载体，通常发射端采用编码芯片对通信信号进行编码处理后，传送至发光光源，发光光源将收到的信号转换为光信号，光信号经过汇聚后发送到水下信道；光信号通过水下信道到达接收端，接收端将入射的光信号汇聚到光电二极管探测器上，光电二极管探测器将收到的光信号转换成电信号，并对电信号进行滤波放大等处理，再由解码芯片进行解码，从而恢复出原始数据。研究表示，在海水中，蓝绿光的衰减比其他光波的衰减要小得多，蓝绿光在海水中具有很强的穿透性，因此发射端的光源模块宜采用蓝绿色高光LED或者蓝绿色激光。水下光通信收发端系统体积小、成本低、功耗低、带宽大速率高、设计简单，但是同时这种技术受水下环境干扰严重，使得水下光通信技术在一定程度上受到制约。2.3水下声通信技术。水下声通信是利用声波在水里传播实现通信。水下声通信是目前水下远距离传播信息最常用的方式，带宽在50kHz内的声波在水中的衰减系数为10-4～10-2dB/m，只要合理选择水中传播的声信号工作频段，既可避开水介质中的环境噪声，又可减小声信号在水介质中的传播衰减，以较小的发射电功率获得较远的通信联络距离。水下声通信的工作原理是承载文字、语音、图像等信息的电信号转换为声信号，声信号通过水这一介质，将信息传递到接收端，这时声信号又转换为电信号，从而将信息变成文字、声音及图片，可以传输很长的距离。但还存在着传输速率低、带宽有限；容易受水质、水温、水压和水下噪声的影响，形成多路径干扰信号和盲区等缺陷。2.4水下磁场通信技术。水下磁场通信使用磁场作为传播方式，一般包括多个设置在水下的磁感应无线传感节点，每个所述磁感应无线传感节点包括收发天线，用于实现与其他磁感应无线传感节点之间的磁感应通信。通过磁感应无线传感节点以磁感应的方式进行通信，水下环境中的传输介质的变化对磁感应通信的影响很小，具有稳定的信道状态，能够减小路径损耗的影响，降低网络时延，提高了信息传输的可靠性，但是传输距离短。2.5水下电场通信技术。1971年，Schultz介绍了水下电场通信的基本工作原理。水下电场通信是利用水中形成的电场作为通信的媒介，其发射端和接收端分别由两块裸露在水中的电极板组成。在发射端，发射信号驱动发射电极板，由于海水是良导体，两发射电极板与海水形成的回路中就会有电流通过，该电流在周围形成电场，电场在接收电极板两端感应出电动势，接收端对该电势进行处理后，实现水下数据传输。水下电场通信传输信号非常稳定，不存在多路径和盲区问题，不受浮游生物、杂质粒子光学方面的影响，因为不必架设庞大的天线，因而具有相当的灵活性。

3研究方向

水下通信存在的可以进一步研究的问题有：（1）发展高速度、大容量、远距离、低延时、高可靠的水下通信技术。（2）研究一种全新的调制解调技术，抵抗水环境干扰。（3）优化发送端和接收端设备。如何节约设备成本，如何减少设备体积，采用何种通信协议。

作者:马晓晓 单位:国家知识产权局专利局专利审查协作广东中心