无线光通信—水下光通信

西安邮电大学

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时间 《无线光通信》 电子工程学院 电子科学与技术 *** *（*） * 2013-2014学年 第一学期

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水下光通信

摘要：水下光通信作为一种快捷的无线光通信方式，已经逐步成为现实，解决了长期水下目标探测、通信等难题。

本文对水下光通信的发展、重要性、优势和存在问题进行了系统的学习和分析，以及介绍了水下光通信的两种方式，分别对水下光纤通信和水下激光通信的特点及应用作了详细的介绍。由于水下光通信在水下传输时受到了水下复杂的条件影响，水下光通信将来的研究方向在增加传输容量、延长传输距离、自动方向对准、降低设备成本等方面。如果这些问题能得到有效解决，那么水下光通信对无线光通信行业将发挥巨大的促进作用。

关键字： 水下光通信 水下光纤通信 水下激光通信

一、水下光通信的发展

光通信起源最早可追溯到19世纪70年代,当时Bell提出采用可见光为媒介进行通信,但是当时既不能产生一个有用的光载波,也不能将光从一个地方传到另外一个地方。因此直到1960年激光器的发明,光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。由于海水对光的强吸收特性，水下光通信技术一直没有得到重视。直到1963年,Dimtley等人在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水在 450-550纳米波段内蓝绿光的衰减比其它光波段的衰减要小很多, 证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。这一物理现象的发现为解决长期水下目标探测、通信等难题提供了基础。

水下光学通信技术研究前期主要集中在军事领域，长期以来是水下潜艇通信中的关键技术。美国海军从1977年提出卫星与潜艇间通信的可行性后, 就与美国国防研究远景规划局开始执行联合战略激光通信计划。1983年底, 前苏联在黑海舰队的主要基地塞瓦斯托波尔附近也进行了把蓝色激光束发送到空间轨道反射镜后再转发到水下弹道潜艇的激光通信试验。

澳大利亚国立大学信息科学与工程研究学院的研究小组开发了一种低成本、小体积、结构简单的光学通信系统，选用LuxeonⅢ LED的蓝（460nm）、青（490nm）、绿(520nm)光，接收器电路采用对蓝青绿三种光灵敏度很高的 SLD—70BG2A 光电二极管，这套系统在兼顾速度与稳定性的同时，通讯速率可达57.6kbps，由于采用红外无线通信协议，其水下传输速率和传输距离受到极大限制。

美国伍兹霍尔海洋研究所研究小组研制了一套基于发光二极管（LED）低功耗深海水下光学通信样机，采用键控调制技术实现了10Mbps的通信速率。由于是针对深海领域，没有考虑了水下光学信道中的散射影响，其结果存在一定的片面性。

日本Keio大学研究小组开展了基于可见光 LED的水下光学无线通信研究，采用米氏散射理论进行悬浮颗粒对信道影响的分析，其仿真结果表明，水下光学信道的传输特性与波长和海水浊度有关。

美国海军航空系统司令部的研究小组探讨了海水散射影响对PSK调制的水下光学无线通信在10-100Mbps通信速率的影响，结合实验室内模拟试验进行分析，试验结果表明海水的混浊度对信道调制带宽和相位具有重要影响。但是对实际环境下海水散射对编码调制技术的影响机制缺乏全面的认识。

近年来，Hanson和Radic采用Monte Carlo方法进行水下光波传输仿真，验证了传输速率为 1Gbps 的水下光学通信的可行性。

由于各种原因，国内所开展的水下光学通信技术研究有限，在水下光学信道的光学特性研究方面基础较为薄弱。

二、水下光通信的重要性

近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。

在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV（Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港

口安全保障过程中，在AUV上搭载声学或光学监测传感器进行港口及水下设备的检测和目标的跟踪，并及时通过无线通信技术将信息传输到信息中心。

总之，对于水下的通信技术的要求已经是越来越高，我们需要找到一种高效的水下通信技术能够实现多个固定端点的信息传输和多个移动端点的信息传输。

三、水下光通信的优势

光学通信技术可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响 …… 此处隐藏：2309字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……