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目前水下通信已經覆蓋民用、軍事多個領域，水下通信一直是人們所主攻的技術方向。本文對水下通信技術的研究進展進行了綜述，重點總結和分析了幾種典型的水下通信方式，并在此基礎上討論了水下通信下一步的研究方向。水下通信是指水下雙方的通信，或者水上與水下的通信，水通常指海水、湖泊水、河水等自然水域。目前水下通信技術的研究主要包括兩類：水下有線通信技術和水下無線通信技術，具體如下。

1水下有線通信技術

1.1水下線纜通信技術。水下線纜通信是在水下鋪設線纜，形成通信雙方高可靠高穩定高帶寬通信鏈路。但該技術也有明顯的缺陷，就是材料成本和人工成本高，同時需要線纜具有高水密性，并且惡劣海洋環境容易導致線纜漏電情況的發生，在鋪設、維護和安全方面存在一定的不利因素。1.2水下電力載波通信技術。水下電力載波通信利用的是低壓電力線，不需要專門鋪設線纜，它采用調制技術，對用戶數據進行調制，將承載用戶數據的高頻加載于電流上，通過電力線進行數據傳輸，可大大降低成本。但其將通信信號耦合至電力線時，會存在耦合損耗，導致信號衰減，而且為了擴大傳輸距離，必須使用中繼器，同樣需要人工成本，并且必須保證其在水下相當長時間正常穩定工作。

2水下無線通信技術

2.1水下電磁波通信技術。水下電磁波通信主要是使用電磁波的甚低頻VLF、超低頻SLF和極低頻ELF三個低頻波段進行通信，其通信過程與陸地電磁波通信類似，都是利用無線電磁波收發機進行雙向通信，區別在于前者是水下，后者是水上。由于電磁波的傳播不需要介質，并且具有強穿透性，因此無線電磁波收發機具有抗干擾，在近距離條件下能達到較高的通信質量和容量的優勢。但是無線電磁波收發機本身功率大，成本高，天線尺寸大，體積大，并且傳播路徑損耗嚴重，信道不穩定。2.2水下光通信技術。水下光通信包括水下可見光通信、水下不可見光通信，是以光波作為信息載體，通常發射端采用編碼芯片對通信信號進行編碼處理后，傳送至發光光源，發光光源將收到的信號轉換為光信號，光信號經過匯聚后發送到水下信道；光信號通過水下信道到達接收端，接收端將入射的光信號匯聚到光電二極管探測器上，光電二極管探測器將收到的光信號轉換成電信號，并對電信號進行濾波放大等處理，再由解碼芯片進行解碼，從而恢復出原始數據。研究表示，在海水中，藍綠光的衰減比其他光波的衰減要小得多，藍綠光在海水中具有很強的穿透性，因此發射端的光源模塊宜采用藍綠色高光LED或者藍綠色激光。水下光通信收發端系統體積小、成本低、功耗低、帶寬大速率高、設計簡單，但是同時這種技術受水下環境干擾嚴重，使得水下光通信技術在一定程度上受到制約。2.3水下聲通信技術。水下聲通信是利用聲波在水里傳播實現通信。水下聲通信是目前水下遠距離傳播信息最常用的方式，帶寬在50kHz內的聲波在水中的衰減系數為10-4～10-2dB/m，只要合理選擇水中傳播的聲信號工作頻段，既可避開水介質中的環境噪聲，又可減小聲信號在水介質中的傳播衰減，以較小的發射電功率獲得較遠的通信聯絡距離。水下聲通信的工作原理是承載文字、語音、圖像等信息的電信號轉換為聲信號，聲信號通過水這一介質，將信息傳遞到接收端，這時聲信號又轉換為電信號，從而將信息變成文字、聲音及圖片，可以傳輸很長的距離。但還存在著傳輸速率低、帶寬有限；容易受水質、水溫、水壓和水下噪聲的影響，形成多路徑干擾信號和盲區等缺陷。2.4水下磁場通信技術。水下磁場通信使用磁場作為傳播方式，一般包括多個設置在水下的磁感應無線傳感節點，每個所述磁感應無線傳感節點包括收發天線，用于實現與其他磁感應無線傳感節點之間的磁感應通信。通過磁感應無線傳感節點以磁感應的方式進行通信，水下環境中的傳輸介質的變化對磁感應通信的影響很小，具有穩定的信道狀態，能夠減小路徑損耗的影響，降低網絡時延，提高了信息傳輸的可靠性，但是傳輸距離短。2.5水下電場通信技術。1971年，Schultz介紹了水下電場通信的基本工作原理。水下電場通信是利用水中形成的電場作為通信的媒介，其發射端和接收端分別由兩塊裸露在水中的電極板組成。在發射端，發射信號驅動發射電極板，由于海水是良導體，兩發射電極板與海水形成的回路中就會有電流通過，該電流在周圍形成電場，電場在接收電極板兩端感應出電動勢，接收端對該電勢進行處理后，實現水下數據傳輸。水下電場通信傳輸信號非常穩定，不存在多路徑和盲區問題，不受浮游生物、雜質粒子光學方面的影響，因為不必架設龐大的天線，因而具有相當的靈活性。

3研究方向

水下通信存在的可以進一步研究的問題有：（1）發展高速度、大容量、遠距離、低延時、高可靠的水下通信技術。（2）研究一種全新的調制解調技術，抵抗水環境干擾。（3）優化發送端和接收端設備。如何節約設備成本，如何減少設備體積，采用何種通信協議。

作者:馬曉曉 單位:國家知識產權局專利局專利審查協作廣東中心