Page 22 - 网络电信2022年9/10月刊

光 通 信

水下光通信技术的研究与展望

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刘鹏展 ，王林宁 ，胡芳仁 ，王永进 2
1. 南京邮电大学 电子与光学工程学院、柔性电子（未来技术）学院；
2. 南京邮电大学 彼得·格林贝格尔研究中心；

摘要：水下光通信（Underwater Optical
Wireless Communication，UOWC）是一种新型的
水下通信技术，具有保密性好、可靠性高等优
点，对于构建全光立体通信网络以及 6G 空天海
地一体化全方位通信有重要的意义。分析了水下
光通信相较于其他传统水下通信方式的优点，对
水下光通信发展历程与进展进行了综述，对比了
水下光通信 2 种主流光源：激光光源和 LED 光
源。针对现阶段水下光通信面临的难题，提出了
一种完善的水下光通信系统框图，并研制出相应
的硬件系统，完成了水下通信调试。水下光通信
是一种切实可行的新型通信方式，兼具灵活、保
密、高速率等特点，在未来的 6G 时代中将会得
到进一步的发展和应用。
关键词：水下光通信；6G；全方位通信；全
双工可见光通信系统；

随着通信技术的快速发展，第五代移动通信（5G）的商 装备主要使用射频信号、声波等无线技术，或使用有线网络进
业模式大规模普及的同时也使为数不多的频谱带宽几乎消耗殆 行通信。
尽，6G 技术的发展势必要寻求新的频谱途径。5G信号因其自身 1. 水下有线通信
技术的限制和频谱的不足难以满足空天海地一体化的新型全场 水下有线通信多用于2个大规模水上平台与平台之间，通
景覆盖通信网络的需要，6G技术为了弥补这些不足，实现一体 过铺设水下光缆的方式进行通信，如连接各国的大规模水下光
化的新型通信网络需要寻找新的无线通信方式来补充传统单一 缆网络。有线通信可以保证高速的数据传输，每秒可以传 100
的无线通信模式。 Gbit 以上，但水下光缆本身的安全性很难得到很好的保障且被
可见光通信相较于现有的通信技术，其最大的优点是频谱 损坏后很难修补[1]。水下有线通信笨重，成本高，无法满足未
无需授权，有着极大的使用自由度。可见光通信拥有高频段的 来 6G 时代水下通信的需求。
频谱（400~800THz），适用于高速通信技术，且其安全性和保 2. 水下射频信号通信
密性有着独特的优势。可见光通信没有传统电磁通信所带来的 海水对射频信号有非常强的屏蔽作用，射频信号穿透海
电磁污染和射频辐射，也不会受到电磁干扰。这些优势使得可 水的能力与频率直接相关，只有低频率的射频信号如甚低频
[2]
见光通信技术成为了近年来各国争相研究的对象。 （3~30kHz）才能在海水中进行有限的传播 。潜艇等水下设备
本文将首先介绍光通信技术的发展，着重介绍水下可见光 通常使用超低频和甚低频进行有限的通信，通信速率只有 300
通信技术的发展以及可见光通信的应用场景与所面对的挑战。 b/s左右。射频信号在水中传输时的趋肤效应，传输距离受限，
然后基于现阶段的研究提出一种成熟的水下可见光通信系统。 仅仅适用于近距离的水下通信。因此，无法完成未来远距离、
高速率的水下信息传输任务。
一．传统水下通信方式简析 3. 水下声波通信
随着人类通信技术的发展，距离空天海地一体化的全方位 声波较早用于水下探测和水下通信，但由于声波的隐蔽性
通信目标的实现也越来越近，但水下通信依旧是现在难以解决 较弱，主动式声呐设备的声波很容易被对方捕捉而暴露目标，
的难题。在现有的通信网络中，应用于海洋、水下场景的智能 所以水下军事设备不会主动使用声呐进行通信。水声通信的频

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