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水下无线通信系统方案

Version1.00

成都信息工程学院科技处

2014年3月20日

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一、几种水下通信方式比较及选择

水下通信主要采用声、电磁波、光几种方式，各种通信方式有其特点及应用范围，各有利弊，

现分析如下：

1、在水中传播的各种波中，以纵波(声波)的衰减最小，因而声纳技术和水声信息传输技术被

广泛采用和关注。目前，水下无线通信广泛使用的是声学通信技术，水声通信技术具有通信距离远、

通信可靠性高等优点，声学通信技术在浅海和深海的水下无线通信领域中得到了广泛的应用。但是，

水下声学通信也有诸多的局限性。（1）水声信道传输延时长、传输速率低。水中声波的传播速度

约为1500m/s，其数据传输速率随着距离增大而降低。（2）可用带宽有限。水下声学通信中的传

输带宽是时变的，一般水下链路的容量比陆地上的无线链路的容量低很多，如果再考虑多址接入、

信道衰落、噪声和干扰等不利因素的影响，实际可获得的链路容量比理想的无线传输速率还要低许

多。（3）功耗高、体积大。由于其波长相对较长，所以其耗能大，对于水下来说其能源补给很是

困难。（4）通信质量易受环境影响。水下声信号的传输质量与水温、盐度、压力等环境因素的变

化密切相关，在恶劣海洋环境下极易导致通信的失败。（5）安全性差等。水下声信号容易被监听，

在军事战争和一些重要机密信息传输中会带来严重的后果。

2、采用电磁波进行水下无线通信，由于电磁波是横波，由于水是良导体，趋肤效应将严重影

响电磁波在水中的传输，以致在陆地上广为应用的无线电波在水下几乎无法应用。电磁波在有电阻

的导体中的穿透深度与其波长直接相关，短波穿透深度小，而长波的穿透深度要大一些，因此，长

期以来，超大功率的长波通信成为了水下通信的主要形式。不过，即使是超长波通信系统，穿透水

的深度也极其有限(最深仅达80m)，而且超低频系统耗资大，数据率极低，易遭受干扰，难以得到

好的效果。

3、目前也有采用水下激光通信，原理是采用一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在水

中传输信息的通信方式，是目前较好的一种水下通信手段。其主要由三大部分组成：发射系统、水

下信道和接收系统。水下无线光学通信的机理是将待传送的信息经过编码器编码后，加载到调制器

上转变成随着信号变化的电流来驱动光源，即将电信号转变成光信号，然后通过透镜将光束以平行

光束的形式在信道中传输；接收端由透镜将传输过来的平行光束以点光源的形式聚集到光检测器

上，由光检测器件将光信号转变成电信号，然后进行信号调理，最后由解码器解调出原来的信息。

但其也有明显缺点，通信方向性要求较高（要求发射及接收对准），偏离角不能太大，通信距离也

有限（数百米），同时功耗也较大，应用受到限制。

4、目前还有采用LED光进行水下通信，现对于激光通信，其通信方向性要求现对较低，工程

实现较容易，即偏离角可以允许较大高，是当前较高效的近距离水下信息传输技术。与水下声学通

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信技术相比，光学通信技术可以克服水下声学通信的带宽窄、受环境影响大、可适用的载波频率低、

GPRS模块

传输的时延大等不足。首先，由于光波频率高，其信息承载能力强，可以实现水下大容量数据传输；

其次，光学通信具有抗干扰能力强，不易受水温度和盐度变化影响等特点，具有良好的水下电子对

抗特性；第三，光波具有较好的方向性，如被拦截，会造成通信链路中断，使用户会及时发现通信

链路出现故障，因此具有高度的安全必威体育官网网址性：

第四，光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少发射与接受装备的尺寸和重量，并且目

前光电器件的转换效率不断提升，功耗不断降低，这非常适合水下探测系统设计对有效载荷小型化、

轻量化、低功耗的要求。

综上所述，考虑课题的较高通信波特