水下通信

水下通信,是相對陸地、空間通信而言。 人類在陸地、空間可以實現自由的通信,但是在水中實現自由的通信還比較困難。

定義

水下通信,主要指在淡水海水中的通信。像陸地上的通信一樣,水下通信,也可分為有線通信和無線通信。

水下有線通信

水下有線通信可以通過鋪設海底光纜、海底電纜的手段實現。

水下無線通信

由於電磁波在水中有很大的衰減,所以陸地上廣泛使用的電磁波無線通信,在水中很難實現。現在,水下無線通信主要利用聲波、特殊波長的光進行無線通信, 分別稱為水聲通信、水下無線光通信。 電磁波在水中傳播與在空氣中不同。由於水的電導率和介電常數與空氣中的電導率和介電常數不同,因此其傳播特性也不一樣。 電磁波從空氣進入海水中時,電場的水平分量遠大於垂直分量 ,電場方向基本是水平的,因此傳播方向是向下的。這時,在深度為h處的場強E是按指數規律衰減的,衰減很快。波長越短,衰減越大;水的電導率越高,衰減越大。 由於上述這些特點,電磁波在海水中的傳播距離有限。一般來說,長波可穿透水的深度是幾米,甚長波穿透水深是10~20米,超長波穿透水深是100~200米。 水下通信還可以採用非電磁波通信,如水聲通信。由於聲波在海水中衰減較小,利用聲波在海水中通信可得到數十公里的通信距離,在有波導現象存在時,通信距離會更遠。水面船隻對潛艇或潛艇之間的通信,大多採用水聲通信。

水聲通信

目前,水聲通信技術是實現水下目標間無線通信的最成熟的技術。但是,聲波在水中的衰減和聲波頻率的平方成正比,當水聲信號的頻率為10MHz在時,水聲信號的衰減可以達到30dB/m,因此水聲通信的頻率低帶寬小;另外,聲波在水中傳輸速度慢,導致信號延遲大;海洋背景噪聲大導致信噪比小。因此,水聲通信無法滿足當前傳感器網絡、水下探測中普遍採用的視頻、音頻等訊號的實時傳輸的需求;另外,水聲系統設備昂貴、體積大、功耗大,也無法滿足水下通信系統對小體積、低功耗以及低成本的需求。

水下無線光通信

水下無線光通信,是指利用藍綠波長的光進行的水下無線光通信。