“2017中國光學(xué)十大進(jìn)展”候選推薦

傳統(tǒng)的對(duì)潛通信采用超長波射頻通信方式，需要龐大的天線設(shè)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(yīng)用在軍事上。隨著海洋研究、探測、監(jiān)測、開發(fā)和保護(hù)等活動(dòng)的不斷增多，大量自容式傳感器或傳感網(wǎng)絡(luò)布放在水下。如何高效地采集水下傳感器節(jié)點(diǎn)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(biāo)區(qū)域附近進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，時(shí)間和經(jīng)濟(jì)成本較高。

 

圖1  激光對(duì)潛通信應(yīng)用場景圖

 

現(xiàn)有關(guān)于無線激光對(duì)潛通信的研究大都是理論分析，缺少實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。美國海軍與美國國防研究遠(yuǎn)景規(guī)劃局成功進(jìn)行了多次海上大型藍(lán)綠激光對(duì)潛艇通信實(shí)驗(yàn)，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(shù)具有帶寬高、抗干擾能力強(qiáng)、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(lǐng)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(shù)之一，是一個(gè)快速發(fā)展的研究領(lǐng)域。

 

 

徐敬課題組2016年發(fā)表在Optics Express上的一篇前期論文中實(shí)現(xiàn)了6 m/4.88 Gbps水下激光通信，所實(shí)現(xiàn)的傳輸距離-速率積在當(dāng)時(shí)已報(bào)道文獻(xiàn)中處于領(lǐng)先水平。幾個(gè)月后，兩個(gè)知名海外課題組在Optics Express和Scientific Reports上發(fā)表的論文中分別實(shí)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(jìn)的涉海實(shí)驗(yàn)條件，研究團(tuán)隊(duì)近期首次對(duì)高速激光對(duì)潛通信上行和下行鏈路的可行性進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，實(shí)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(dá)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(shí)現(xiàn)復(fù)雜海況下更長距離的無線激光對(duì)潛通信研究打下了基礎(chǔ)。本研究中信道條件較為理想，復(fù)雜海況下的應(yīng)對(duì)措施仍需大量后續(xù)研究。

 

圖2 26 m/5.5 Gbps激光對(duì)潛通信實(shí)驗(yàn)場景圖與現(xiàn)場測試數(shù)據(jù)

 

本研究成果的相關(guān)實(shí)驗(yàn)在浙江大學(xué)海洋學(xué)院海洋傳感與網(wǎng)絡(luò)研究所的光波通信實(shí)驗(yàn)室和海洋學(xué)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(xué)基金、國家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃和浙江大學(xué)“水下直升機(jī)”預(yù)研項(xiàng)目支持。

 

相關(guān)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(xué)為第一作者。

 

 

論文鏈接：

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