水下光通信简介
烧脑的“水下通信”
烧脑的“水下通信”随着科技的不断发展，人类对于水下通信的需求也越来越迫切。
水下通信一直以来都是一个困难重重的问题，传统的无线通信技术在水下效果非常有限，因此水下通信一直处于一个比较薄弱的状态。
随着科技的不断进步，一种烧脑的新型水下通信技术正在崭露头角——激光通信技术。
激光通信技术以其高速传输、高质量信号、长距离通信等优点，成为了水下通信的“烧脑”解决方案。
本文将介绍激光通信技术在水下通信中的应用及发展前景。
激光通信技术是一种通过激光来实现通信的技术，其优势在于传输速度快，传输容量大，抗干扰能力强，适用于长距离通信等特点。
传统的水下通信方式主要采用声波通信、电磁波通信等方式，然而这些传统方式的传输速度较慢，传输容量小，受到水下环境的影响较大，因此很难满足人们对于水下通信的需求。
而激光通信技术的出现，为水下通信开辟了一条新的通路。
激光通信技术利用激光作为传输介质，通过激光器产生激光，经过调制和解调等过程，将信息传输到目标地。
激光通信技术的传输速度极快，可以达到每秒几十兆甚至上百兆的数据传输速率；而且传输距离远，可以达到几公里甚至几十公里。
激光通信技术还具有信号抗干扰能力强的特点，能够在复杂的水下环境中实现稳定、高质量的通信。
激光通信技术被广泛应用于水下通信领域，成为了一种烧脑的解决方案。
水下通信在军事、海洋开发、海底资源勘探等领域都有着重要的应用价值。
在军事领域，水下通信技术可以用于军事作战、潜艇通信、水下侦察等方面，对于提高水下作战的效率和保障水下通信的安全性都具有举足轻重的作用。
而在海洋开发和海底资源勘探方面，水下通信技术可以用于海底油田、海底管道、海底电缆等方面，对于提高海洋开发效率和保障海底资源勘探的安全性也有着至关重要的作用。
而激光通信技术的出现，为水下通信领域带来了新的希望，它将成为水下通信领域的一种重要技术手段，为水下通信带来了巨大的改变。
激光通信技术在水下通信中的应用并不是一帆风顺的。
水下无线光通信关键技术与未来展望
ii 研究与探讨ii水下无线光通信关键技术与未来展望* * **收稿日期：2022-04-29*基金项目：国家重点研发计划项目(2021YFB2900200);国家自然科学基金项目(61925101, 61831002 )**通信作者褚馨怡，袁仁智"，彭木根(北京邮电大学信息与通信工程学院，北京100876 )【摘要】 随着“海洋强国”战略的推进，水下无线通信的需求愈加迫切。
传统水声通信无法满足日益增长的水下数据高速传输需求，水下无线光通信凭借其高速率、高保密和低成本等优势，成为水下无线通信的研究热点。
从水下无线光通信的传播特性和应用场景出发，概述了水下无线光通信的理论信道模型、编码调制技术和最新实验进展，并结合深海环境和6G 愿景，展望了水下无线光通信多输入多输出技术、弱光信号检测技术和水下通感一体化技术的发展方向及相应挑战。
【关键词】 水下无线光通信；信道建模；编码调制；水下弱光检测doi:10.3969/j.issn.l006-1010.2022.06.014 中图分类号：TN929.1丈献标志码：A 丈章编号：1006-1010(2022)06-0086-05引用格式：褚聲怡，袁仁智，彭木根.水下无线光通信关键技术与未来展塑Q].移动通信,2022,46(6): 86-90.回s&O 回OSID ：Key Technologies and Future Prospects of Underwater Wireless Optical CommunicationCHU Xinyi, YUAN Renzhi, PENG Mugen(School of Information and Communication Engineering, Beijing University of P osts and Telecommunications, Beijing 100876, China)[Abstract] With the promotion of the “Strong Maritime Country^^ strategy, the need for underwater wireless communication technologyis becoming urgent. Traditional acoustic communication cannot meet the growing demand for high-rate underwater data transmission, therefore with the advantages of high data rate, high security, and low cost, underwater wireless opticalcommunication (UWOC) becomes a hot topic of underwater wireless communications. Starting from the propagationcharacteristics and application scenarios of U WOC, theoretical channel models, coding and modulation technologies, and the latest experimental achievements of U WOC are outlined subsequently. Finally, combining the deep-sea environment and the 6G visions, the future directions and the corresponding challenges for UWOC are envisioned, including the multiple-input multiple-output technology, the weak optical signal detection, and the integrated sensing and communication.[Keywords] underwater wireless optical communication; channel modeling; coding and modulation; underwater weak optical signal detectiono 引言水下通信(UWC, Underwater Wreless Communication )技术可广泛应用于军事和民用水下通信场景，包括水下潜艇通信、水下无人机组网、水下洋流探测和海洋资源开发等。
水下通信资料
水下通信水下通信是指在水下环境中进行信息传输和交流的技术和方法。
随着人类深入探索海洋的步伐不断加快，水下通信作为一项重要的技术，在海洋科学研究、海洋资源开发、沿海防务等领域发挥着至关重要的作用。
本文将介绍水下通信的基本原理、应用领域以及面临的挑战和未来发展方向。
水下通信的基本原理水下通信的基本原理与地面通信有所不同，主要受到水下环境中声波和电磁波传播特性的影响。
声波是水下通信主要的传输介质，因为在水中传播距离远、损耗小、抗干扰能力强。
通常使用声纳或声波模块进行水下通信。
另外，也可利用电磁波，但其传输距离较短、受水质影响较大。
水下通信的应用领域海洋科学研究在海洋科学研究中，水下通信技术被广泛应用于海底地质勘探、海洋生物研究、海洋环境监测等领域。
科学家们利用水下通信技术获取大量海洋数据，促进了对海洋深层结构、水文气候等方面的深入了解。
海洋资源开发水下通信技术也在海洋资源开发中发挥着重要作用，如海底油气勘探开采、海底矿产勘探等。
利用水下通信技术，可以实现对海底资源的实时监测和控制，提高资源开发效率和安全性。
沿海防务水下通信技术在军事领域的应用日益重要，例如水下声呐系统、水下通信网络等，可以有效提升海上作战的指挥控制能力和情报交换效率，保障国家沿海安全。
水下通信面临的挑战和未来发展方向水下通信技术虽然在一些领域取得了显著进展，但仍存在许多挑战，如传输距离受限、通信速率较低、抗干扰能力不足等。
未来，水下通信技术有望在以下方面得到进一步完善：•提高传输距离和速率，改善水下通信的覆盖范围和传输效率；•加强抗干扰能力，提高水下通信系统的稳定性和可靠性；•发展多元化的水下通信技术，如光学通信、卫星通信等，满足不同应用需求。
总的来说，水下通信作为一项关键的海洋技术，对于加强海洋科学研究、海洋资源开发和沿海防务具有重要意义。
随着技术的不断创新和发展，相信水下通信技术将迎来更加美好的未来。
水下通信原理
水下通信原理一、水下通信的概述水下通信是指在水下环境中进行信息传递的技术和方法。
由于水的高密度和复杂的传播环境，水下通信具有一些特殊的挑战和限制。
本文将深入探讨水下通信的原理和相关技术。
二、水下通信的挑战水下通信面临以下挑战： 1. 信号衰减：水下环境中，信号会因为水的吸收、散射和多径效应而衰减，导致通信距离受限。
2. 多径传播：水下环境中，信号会经历多次反射、折射和散射，导致信号多径传播，造成信号失真和干扰。
3. 噪声干扰：水下环境中，存在来自水流、生物声、船舶等的噪声干扰，影响通信质量。
4. 带宽限制：水下通信的带宽受限，无线电频谱资源有限，需要合理利用。
三、水下通信的原理水下通信可以采用以下原理： ### 1. 声波传播声波是水下通信中最常用的传播介质。
声波的频率范围广泛，可以传播较远的距离。
水下声波通信主要分为两种模式：自由空间传播和声线传播。
#### 1.1 自由空间传播自由空间传播是指声波在水下自由传播，没有接收器或发射器的物体。
这种传播方式通常用于声纳和水下定位等应用。
#### 1.2 声线传播声线传播是指利用水下声源和接收器进行通信。
声线通信可以使用单一频率或多频率技术，通过调制解调技术实现信息传递。
2. 光波传播光波传播是指利用光波在水下传播信息。
光波传播具有高速、大带宽和抗干扰能力强的特点，但受到水的吸收和散射的影响较大。
光波通信可以采用激光通信和LED通信等技术。
3. 电磁波传播电磁波传播是指利用电磁波在水下传播信息。
电磁波通信可以采用无线电频段的电磁波，但由于水的吸收和散射，电磁波在水下的传播距离较短。
四、水下通信技术为了克服水下通信的挑战，人们发展了一系列水下通信技术： ### 1. 调制解调技术调制解调技术是将信息信号转换为适合传输的信号，并在接收端将其恢复为原始信号。
常用的调制解调技术包括频移键控（FSK）、相移键控（PSK）和正交频分复用（OFDM）等。
水下通信技术现状及趋势
水下通信技术现状及趋势作者：何昫张德张峰吴宇航查文中来源：《中国新通信》 2018年第8期海洋中蕴含着丰富的物质资源，是各国的必争之地，无人潜行器对军民两个应用领域都具有较高的潜在价值。
而水下通信技术是无人航行器工作的必备条件，由于其通信空间受到传输介质的制约，一直是国际上研究的热点问题。
其中包括光通信技术、声光复合通信技术、移动网络通信技术等，新材料的出现也在提升了传输载荷在某些方面的特性，为水下通信开辟了新道路。
一、水下光通信技术水下光通信包括两种方向：有线光通信和无线光通信。
有线光通信是指在海底铺设光缆作为通信载体，海水可防止外界光磁波的干扰，所以，海缆的信噪比较低，由于，光信号的传播速度接近光速，因此，几乎没有延迟，且光缆的寿命较长可达25 年。
无线通信是指海水对蓝绿激光的衰减比对其它波段光的衰减小很多，多采用这种方式，也有提出采用紫外线的通信方式。
光通信的优势包括：光波频率高，承载信息能力强；传输速度快；抗干扰能力强；方向性强等。
二、声光复合通信技术光纤传输是一种以光导纤维为介质进行的数据、信号传输技术，现今已被应用到水下通信领域，复合水声信号的光纤传输系统是利用光电混合缆中光纤、电缆共存的结构，通过光纤向接收设备传输接收的多路声信号，包括压力、磁、温度等辅助传感器数据，再用光纤，把控制水下基阵的指令及控制等指令发送给水下载体。
通过电缆，向水下载体端发射用于水下发射换能器的高压大功率电脉冲信号。
基于Manchester 编码技术，可有效提高对海量数据的双向稳定传输，是一种较可靠的水下声光复合通信方式。
三、移动网络技术水下移动通信网络是由一系列可自由移动的节点组成，摆脱物理环境的制约，可达到任何位置，同时，提高了节点的使用率。
水下传感器网络是通过人工抛撒的方式将其布放于目标海域，每个节点根据预先编制的网络协议，采用自组织的方式形成传感器网络。
按照网络体系结构可划分为：水下二维网络、水下三维立体网络和水下移动网络。
激光水下通信
1.激光对潜通信的作用及前景一．潜艇通信概述潜艇主要工作于水下30~400m，带有核弹头的导弹核潜艇可在海水300~400m深度活动几个月因此，发展核潜艇具有极重要的战略意义。
而潜艇航行深度及航速的快速发展．给通信带来巨大困难。
随着通信技术的发展，干扰机在定位、识别等领域取得了重大突破。
对潜艇来说，隐蔽性就是生命。
如采用传统的超短波无线电对潜通信，潜艇应浮至近水面伸出天线对外收发电文、极易暴露目标。
图1示出了无线电渡、红外、可见光和紫外、x射线在海水中的衰减曲线。
从图看出，频率低于1×103Hz的无线电超长波在海水中的衰减值小于ldB／m；频率约6×1014Hz的0．48mμ蓝绿激光波长在海水中的衰减值小于1×10-2。
dB／m。
困此，岸对潜通信具有两个“窗口”，即超长波无线电通信窗El和0．48v．m的蓝绿激光波长窗口两者相比，0．48v．m的蓝绿激光波长为对潜通信的最佳窗El，即激光通信“窗口”。
激光对潜通信不仅具有超长波通信的全部优点，还具有传输速率高、信息容量大、：抗电磁和核辐射干扰，方向性强、体积小、隐蔽性好等超长波无法与之比拟的优点，能实现最复杂的通信系统。
如地面通过卫星对潜实施激光通信，仅发射三颗卫星，先从地面用微波向卫星发送信息，再经卫星上的激光束向潜艇所在海域进行扫描传输信息，而不影响潜艇的战术机动，能对400m 以下深度、航运3O节以上的战略核潜艇实施全球海域的通信联网。
二、激光对潜通信的作用及前景不同波长的光波穿透水的能力不同，经测量表明，无论在海水或纯水中，水下μ的蓝绿可见光，称光波穿透海水的蓝绿光“窗传输的有效光波长范围0．47～0.54mμ。
口”，最佳波长为0．48m经测量，蓝绿光在海水中的穿透深度可达600m，这一特性与极低频120～180m 比较，在海军对潜通信中具有极大的吸引力。
美国海军一开始的基本设想和方案是：(1)先从地面将报文用微波送至卫星，再由卫星上的蓝绿激光发到潜艇所在海域；(2)由地面激光发射机以小于2O。
烧脑的“水下通信”
烧脑的“水下通信”水下通信是指在水中传递信息的技术和系统。
它是海洋科学、水下勘探、水下工程等领域的重要组成部分，也是实现水下数据交换和通信的关键技术。
水下通信的难度在于水的介质导致信号传输衰减、多径干扰等问题。
水的介质导致电磁波的传播速度变慢，信号传输的距离会受到限制。
水的介质会吸收和散射传输的信号，导致信号质量下降。
水中存在多个路径，信号会经过不同路径到达接收器，引起多径干扰，干扰信号的接收。
为了克服水下通信的难题，科学家们提出了许多解决方案。
一种常见的方法是利用声波进行通信，即声纳通信。
声纳通信利用水的传播特性，将信号转化为声波，并通过声纳设备进行发送和接收。
声纳通信可以在水下长距离传输信息，但传输速度较低。
另一种方法是利用光波进行通信，即光纤通信。
光纤通信是利用光纤的高带宽和低损耗传输特性，将信号转化为光波进行传输。
光纤通信有较高的传输速度和较低的损耗，但需要布设光纤线路，施工成本高，适用范围有限。
近年来，研究者们还提出了水声光纤通信技术。
水声光纤通信是一种将声纳通信和光纤通信相结合的新技术，通过在光纤中引入声波的方式进行通信。
水声光纤通信综合了两种通信技术的优点，具有较高的传输速度和较低的信号衰减，可以实现长距离、高质量的水下通信。
水下声学网络是一种将多个水下设备互联，实现水下通信的技术。
水下声学网络通过声波在水中传播信息，将水下设备连接起来，形成一个网络，用于进行数据交换和通信。
水下声学网络应用于水下测绘、水下遥感等领域，可以提高水下工作效率，减少人力和物力的投入。
水下通信是一项具有挑战性的技术，但随着科技的进步和创新的发展，越来越多的研究者投入到水下通信领域的研究中。
未来，人们有望开发出更先进、更高效的水下通信技术，推动海洋科学和水下工程等领域的发展。
水下光通信数据传输技术研究
水下光通信数据传输技术研究随着人类对深海的探索越来越深入，对水下通信的需求也越来越高。
传统的水下通信系统采用声波进行传输，然而声波在水中的传播距离受到水温、水盐度等环境因素的影响，传输速度较慢，且易受到环境噪声干扰。
因此，水下光通信技术成为了当前水下通信领域的热点研究方向之一。
水下光通信传输系统主要由光源、光纤、探测器和调制解调器等组成。
水下光纤通信系统将光纤作为信号传输媒介，通过电信号调制光强度来实现信息传输，具有高速传输、抗干扰等优点。
但是，水下光通信技术面临的主要挑战是光信号在水中传输损耗较大，需要在水下光通信系统设计中克服这些挑战。
当前，水下光通信技术的研究主要集中在以下几个方面：一、水下光通信信号传输损耗问题水下的水体对光信号有较强的散射和吸收作用，导致光信号传输距离较短，信号衰减较大。
因此，在水下光通信系统中需要采用高功率的光源和低损耗的光纤来解决信号传输损耗问题。
二、水下光通信系统的封装和保护问题水下光通信系统需要耐水深、抗水压、防水等性能，因此在水下光通信系统的设计中需要考虑到系统的封装和保护。
三、水下光通信系统的干扰问题水下光通信系统易受到水下环境噪声的影响，因此在系统中需要采用合理的编码和调制技术来抑制干扰，提高信噪比。
四、水下光通信系统的定位问题在水下通信中，位置信息非常重要，因此水下光通信系统需要加入定位技术，实现对通信对象的精确定位。
总之，水下光通信技术是未来水下通信领域的研究重点之一，近年来取得了一系列重大的技术进展。
随着相关技术的不断突破和发展，水下光通信技术在未来的水下探测、海洋工程、军事防御等方面均具有广阔的应用前景和实际价值。
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Underwater wireless optical communication system is a wireless communication system which
optical signal is used as communication signal. The main research direction of lab is laser-based
underwater wireless communication.
The original signal(it can be pictures，sound or video and soon) is modulated with PPM(Pulse
Position Modulation) after coding(the code must be designed to suit for spread underwater),
which driving the laser light source system. Then the modulated laser is transmitted through
water as information source. At the receiving end, the optical signal via water channel is
amplified and transferred into electrical signal by Photomultiplier tubes which get the
information from receiving equipment. The electrical signal is demodulated into coded original
signal. Eventually, we can use specific decoding algorithm to get approximate reduction original
information.
The underwater wireless optical communication system architecture diagram is shown below:
System Block Diagram