“2017中國光學十大進展”候選推薦

傳統(tǒng)的對潛通信采用超長波射頻通信方式，需要龐大的天線設備且通信速率極低（一般在數(shù)百bps以下），僅能傳輸簡單的指令信息，一般應用在軍事上。隨著海洋研究、探測、監(jiān)測、開發(fā)和保護等活動的不斷增多，大量自容式傳感器或傳感網(wǎng)絡布放在水下。如何高效地采集水下傳感器節(jié)點數(shù)據(jù)成為亟待解決的問題。傳統(tǒng)手段一般通過派遣母船或水下航行器到目標區(qū)域附近進行數(shù)據(jù)采集，時間和經(jīng)濟成本較高。

 

圖1  激光對潛通信應用場景圖

 

現(xiàn)有關于無線激光對潛通信的研究大都是理論分析，缺少實驗驗證。美國海軍與美國國防研究遠景規(guī)劃局成功進行了多次海上大型藍綠激光對潛艇通信實驗，主要利用激光通信在軍事上的安全性優(yōu)勢，并非以高速數(shù)據(jù)采集為主要目的。

 

水下無線光通信技術具有帶寬高、抗干擾能力強、保密性好等優(yōu)勢，將在海洋探測、海洋環(huán)境監(jiān)測和海洋資源開發(fā)等領域發(fā)揮重要作用，已成為世界各國競相發(fā)展的重要通信技術之一，是一個快速發(fā)展的研究領域。

 

 

徐敬課題組2016年發(fā)表在Optics Express上的一篇前期論文中實現(xiàn)了6 m/4.88 Gbps水下激光通信，所實現(xiàn)的傳輸距離-速率積在當時已報道文獻中處于領先水平。幾個月后，兩個知名海外課題組在Optics Express和Scientific Reports上發(fā)表的論文中分別實現(xiàn)了20 m/1.5 Gbps和10.2 m/5.2 Gbps的水下激光通信。依托浙大舟山校區(qū)先進的涉海實驗條件，研究團隊近期首次對高速激光對潛通信上行和下行鏈路的可行性進行了實驗驗證，實現(xiàn)了26 m（空氣中5 m，水下21 m）的無線數(shù)據(jù)傳輸，數(shù)據(jù)速率高達5.5 Gbps。與現(xiàn)有的水下無線光通信研究成果相比，該研究成果不僅在上行和下行的水下信道中都獲得了更大的傳輸距離-速率積，而且還增加了一段5 m的空氣信道，為未來實現(xiàn)復雜海況下更長距離的無線激光對潛通信研究打下了基礎。本研究中信道條件較為理想，復雜海況下的應對措施仍需大量后續(xù)研究。

 

圖2 26 m/5.5 Gbps激光對潛通信實驗場景圖與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

 

本研究成果的相關實驗在浙江大學海洋學院海洋傳感與網(wǎng)絡研究所的光波通信實驗室和海洋學院近海館的精密水池（長25 m，寬0.6 m，高0.5 m）完成。本研究得到國家自然科學基金、國家重點研發(fā)計劃和浙江大學“水下直升機”預研項目支持。

 

相關研究成果以26 m/5.5 Gbps air-water optical wireless communication based on an OFDM-modulated 520-nm laser diode 為題發(fā)表在Optics Express [25 (13) , 14760-14765  (2017)] 上，課題組碩士研究生陳一菲同學為第一作者。

 

 

論文鏈接：

https://www.osapublishing.org/oe/abstract.cfm?uri=oe-25-13-14760