西安邮电大学
《无线光通信》
学院：电子工程学院
专业：电子科学与技术
姓名：***
学号：*（*）
班级：*
时间：2013-2014学年第一学期
水下光通信
摘要：水下光通信作为一种快捷的无线光通信方式，已经逐步成为现实，解决了长期水下目标探测、通信等难题。
本文对水下光通信的发展、重要性、优势和存在问题进行了系统的学习和分析，以及介绍了水下光通信的两种方式，分别对水下光纤通信和水下激光通信的特点及应用作了详细的介绍。由于水下光通信在水下传输时受到了水下复杂的条件影响，水下光通信将来的研究方向在增加传输容量、延长传输距离、自动方向对准、降低设备成本等方面。如果这些问题能得到有效解决，那么水下光通信对无线光通信行业将发挥巨大的促进作用。
关键字：水下光通信水下光纤通信水下激光通信
一、水下光通信的发展
光通信起源最早可追溯到19世纪70年代,当时Bell提出采用可见光为媒介进行通信,但是当时既不能产生一个有用的光载波,也不能将光从一个地方传到另外一个地方。因此直到1960年激光器的发明,光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。由于海水对光的强吸收特性，水下光通信技术一直没有得到重视。直到1963年,Dimtley等人在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水在450-550纳米波段内蓝绿光的衰减比其它光波段的衰减要小很多, 证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。这一物理现象的发现为解决长期水下目标探测、通信等难题提供了基础。
水下光学通信技术研究前期主要集中在军事领域，长期以来是水下潜艇通信中的关键技术。美国海军从1977年提出卫星与潜艇间通信的可行性后, 就与美国国防研究远景规划局开始执行联合战略激光通信计划。1983年底, 前苏联在黑海舰队的主要基地塞瓦斯托波尔附近也进行了把蓝色激光束发送到空间轨道反射镜后再转发到水下弹道潜艇的激光通信试验。
澳大利亚国立大学信息科学与工程研究学院的研究小组开发了一种低成本、小体积、结构简单的光学通信系统，选用LuxeonⅢLED的蓝（460nm）、青（490nm）、绿(520nm)光，接收器电路采用对蓝青绿三种光灵敏度很高的SLD—70BG2A 光电二极管，这套系统在兼顾速度与稳定性的同时，通讯速率可达57.6kbps，由于采用红外无线通信协议，其水下传输速率和传输距离受到极大限制。
美国伍兹霍尔海洋研究所研究小组研制了一套基于发光二极管（LED）低功耗深海水下光学通信样机，采用键控调制技术实现了10Mbps的通信速率。由于是针对深海领域，没有考虑了水下光学信道中的散射影响，其结果存在一定的片面性。
日本Keio大学研究小组开展了基于可见光LED的水下光学无线通信研究，采用米氏散射理论进行悬浮颗粒对信道影响的分析，其仿真结果表明，水下光学信道的传输特性与波长和海水浊度有关。
美国海军航空系统司令部的研究小组探讨了海水散射影响对PSK调制的水下光学无线通信在10-100Mbps通信速率的影响，结合实验室内模拟试验进行分析，试验结果表明海水的混浊度对信道调制带宽和相位具有重要影响。但是对实际环境下海水散射对编码调制技术的影响机制缺乏全面的认识。
近年来，Hanson和Radic采用Monte Carlo方法进行水下光波传输仿真，验证了传输速率为1Gbps 的水下光学通信的可行性。
由于各种原因，国内所开展的水下光学通信技术研究有限，在水下光学信道的光学特性研究方面基础较为薄弱。
二、水下光通信的重要性
近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。
在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV （Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港
口安全保障过程中，在AUV上搭载声学或光学监测传感器进行港口及水下设备的检测和目标的跟踪，并及时通过无线通信技术将信息传输到信息中心。
总之，对于水下的通信技术的要求已经是越来越高，我们需要找到一种高效的水下通信技术能够实现多个固定端点的信息传输和多个移动端点的信息传输。
三、水下光通信的优势
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、传输的时延大等缺陷。因为，
1）由于光波频率高，其信息承载能力强，可以组建大容量无线通信链路。
2）是光波在水介质的传输速率可达千兆，使得水下大信息容量数据的快速传输成为可能；3）光学通信具有抗电磁干扰能力强，不受海水温度和盐度影响等特点；
4）波束具有较好的方向性，如想拦截，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，造成通信链路中断，用户会及时发现通信链路中断事故。
5）随着半导体光源关键技术不断突破，体积小，价格低、效率高的可见光谱光电器件充足。并且由于光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少重量。
四、水下光通信存在问题
海水是一个复杂的物理、化学、生物组合系统，它含有溶解物质、悬浮体和很多各种各样的活性有机体。由于海水中的物质和悬浮体的不均匀性，导致光波在水下传播过程中因吸收和散射作用而产生衰减。光波的水下传输特性是制约水下光学无线通信质量的重要因素之一，它对整个水下光学无线通信系统设计方案的确定产生着重要影响。
根据对海水光特性的研究，光波在水下传输所受到的影响可以归纳为以下三个方面
1）光损耗：忽略海水扰动和热晕效应，光在海水中的衰减主要来自吸收和散射影响，通常以海水分子吸收系数、海水浮游植物吸收系数、海水悬浮粒子的吸收系数、海水分子散射系数和悬浮微粒散射系数等方式体现。
2）光束扩散：经光源发出的光束在传输过程中会在垂直方向上产生横向扩展，其扩散直径与水质、波长、传输距离和水下发散角等因素有关。
3）多径散射：光在海水中传播时，会遇到许多粒子发生散射而重新定向，所以非散射部分的直射光将变得越来越少。海水中传输的光被散射粒子散射而偏离光轴，经过二、三、四等多次散射后，部分光子又能重新进入光轴，形成多次散射。
以上问题最直接后果就是激光通信误码率较高误码率达到一定程度时会导致通信失败。
五、水下光通信的分类
依据传输的介质不同或者说是否是固定端点间的信息传送而将水下光通信分为水下光纤通信和水下激光通信。
5.1水下光纤通信
5.1.1水下光纤
海底光缆：敷设在海底的通信光缆，称海底光缆。又称海底通讯电缆，是用绝缘材料包裹的导线，铺设在海底，用以设立国家之间的电信传输。最初海底通讯电缆提供电报通讯，后来的电缆则最次引入电话通讯，以及电脑网络通讯。现代的电缆还用上光纤技术去传递数位信息，并且设立更先进的电话通讯互联网与私人数据通讯。
海底光缆是用绝缘外皮包裹的导线束铺设在海底，分海底通信光缆和海底光力光缆。前者主要用于通讯业务，后者主要用于水下传输大功率光能。与人造卫星相比，海底光缆有很多优势：海水可防止外界光磁波的干扰，所以海缆的信噪比较低；海底光缆通信中感受不到时间延迟；海底光缆的设计寿命为持续工作25年，而人造卫星一般在10到15年内就会燃料用尽，因此相对于卫星通信，海缆通信具有价格低，通信速度快等优点。
但是由于海缆是埋在海底，所以海缆往往容易遭到捕鱼的拖网渔船，船锚破坏，甚至
鲨鱼咬断，而且有时也被敌军部队在战时破坏，再加上海水具有腐蚀性，且海缆一般埋在深海处，受到的压强较大所以海底光缆也有其铺设维修困难等不利因素。
5.1.2海底光缆的构造
深海光缆的结构比较复杂：光纤设在U形槽塑料骨架中，槽内填满油膏或弹性塑料体形成纤芯。纤芯周围用高强度的钢丝绕包，在绕包过程中要把所有缝隙都用防水材料填满，再在钢丝周围绕包一层铜带并焊接搭缝，使钢丝和铜管形成一个抗压和抗拉的联合体。在钢丝和铜管的外面还要再加一层聚乙烯护套，这样严密多层的结构是为了保护光纤、防止断裂以及防止海水的侵入。
典型海底光缆的结构解析
1)聚乙烯层
2)聚酯树酯或沥青层
3)钢绞线层
4)铝制防水层
5)聚碳酸酯层
6)铜管或铝管
7)石蜡，烷层
8)光纤束
5.2水下激光通信
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。
5.2.1水下激光通信的组成
水下激光通信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。
水下激光通信系统的组成：
5.2.2水下激光通信的优势
水下激光通信的优点是：
1)通信容量大。在理论上，激光通信可同时传送1000万路电视节目和100亿路电话；
2)保密性强。激光不仅方向性特强，而且可采用不可见光，因而不易被敌方所截获，保密
性能好；
3)结构轻便，设备经济。由于激光束发散角小，方向性好，激光通信所需的发射天线和接
收天线都可做的很小，一般天线直径为几十厘米，重量不过几公斤，而功能类似的微波天线，重量则以几吨、十几吨计。
【参考文献】
[1]韩太林主编.光通信技术.机械工业出版社，2011.4
[2]原荣主编.光纤通信.电子工业出版社，2002.1.1
[3]柯熙政，席晓莉编著.无线激光通信概论.北京邮电大学出版社，2004.8
大专通信技术论文题目 1.移动短消息平台的研究与实现 2.基于Widget技术移动终端应用集成方案的设计与实现 3.第四代移动通信技术研究 4.基于GPRS的嵌入式系统无线通信技术的研究 5.基于GPS/GPRS的车辆管理系统的设计与研究 6.基于嵌入式技术的移动终端设计 7.公交车辆运营管理系统设计与实现(基于先进的CDMA数字移动通信技术及开放式信息处理技术) 8.移动支付技术研究 9.短消息业务服务系统的研制 10.GSM移动通信在煤矿井下应用的研究 11.基于嵌入式技术的GSM移动终端系统的软件开发 12.嵌入式移动通信技术的研究与应用 13.基于.NET技术的移动库存管理系统研究与实现 14.基于J2ME的移动通信技术的研究与应用 15.远程监控自动报警系统的研究与实现 16.第三代移动通信技术及其应用 17.现代移动通信技术研究的探讨 18.3G移动通信技术在电网管理中的应用 19.3G移动通信技术的分析
20.3G移动通信技术的应用 21.3G技术下手机购物模式分析 22.基于ARM的GPRS无线数据传输监控系统的分析 23.手机病毒分析及防范 24.基于手机的电子商务 25.图书管理系统手机终端的实现 26.移动通信技术的发展趋势 27.CDMA技术的3g系统和Wimax通信系统的比较 28.移动通信系统的关键技术,关键技术之一: 29.LTE系统的关键技术 30.LTE技术的发展及其应用 31.下一代无线网络技术 32.Wimax技术及其应用 33.CDMA2000系统的发展及其应用 34.WCDMA系统的发展及其应用 35.TD-SCDMA系统的发展及其应用 36.超宽带技术的发展及其应用 37.RFID在移动通信中的应用 38.RFID技术的发展及其应用 无线公网通信技术在配电自动化系统中的应用 随着通信技术的飞速发展，在配电网出现了光纤通信、公网无线通信、配电线载波通信等多种通信方式。而在配网主站与线路上的配网自动化终端之间的通信方式，则是现今配网自动化系统通信的
科技文献综述竞赛 论文题目：水下光通信技术的研究现状及应 用前景 姓名：张嘉敏，汤窈颖，谢露，吴琼 专业：电子科学与技术 指导教师：王石语
水下光通信技术的研究现状及应用前景 摘要：为了解、利用和开发海洋、湖泊等未知水领域，本文研究了水下光通信的两种方式及其应用前景，即水下光纤通信和水下激光通信。水下光纤通信具有通信容量大、中继距离长、不受电磁干扰、资源丰富、光纤重量轻、体积小等特点。而水下激光通信具有容量大，保密性好，传输速度快等优点，但是又由于其在水下传输时受到了水下诸多条件的影响，水下激光通信现在还只是在试验阶段，并未走出实验室而进行实际应用。 关键词：光通信；水下光纤通信；水下激光通信 一、简介水下通信 水下通信，主要指在淡水、海水中的通信。像陆地上的通信一样，水下通信，也可分为有线通信和无线通信。 水下有线通信可以通过铺设海底光缆、海底电缆的手段实现。由于电磁波在水中有很大的衰减，所以陆地上广泛使用的电磁波无线通信，在水中很难实现。现在，水下无线通信主要利用声波、特殊波长的光进行无线通信，分别称为水声通信、水下无线光通信。 目前，水声通信技术是实现水下目标间无线通信的最成熟的技术。但是，声波在水中的衰减和声波频率的平方成正比，当水声信号的频率为10MH在时，水声信号的衰减可以达到30dB/m，因此水声通信的频率低带宽小；另外，声波在水中传输速度慢，导致信号延迟大；海洋背景噪声大导致信噪比小。因此，水声通信无法满足当前传感器网络、水下探测中普遍采用的视频、音频等信号的实时传输的需求；另外，水声系统设备昂贵、体积大、功耗大，也无法满足水下通信系统对小体积、低功耗以及低成本的需求。 水下无线光通信，是指利用蓝绿波长的光进行的水下无线光通信。 二、研究水下光通信的重要性 海洋占地球表面积的70%以上，海洋中不但蕴藏着丰富的资源，而且对全球气候变化、人类经济以及社会发展都有着重大影响。譬如，全球温室效应、地球上的生命起源、新资源、新能源、新生物基因、人类生存环境和社会的可持续发展等。尽管人类从远古时期就开始了对海洋的探索活动，但是迄今为止，人类对大部分海域的了解都非常有限，许多海域仍然处于未知状态。因此，发展先进的海洋探测高技术对人类了解、利用和开发海洋具有重要的意义。 近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。 在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV （Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港
精心整理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
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 2 长 3 水 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
信技术相比， 受环境影响大、可适用的载波频率低、 传输的时延大等不足。首先，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保密性： 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、 ）进行 光接 三、系统设计中几个技术问题的设计考虑 系统设计的关键及技术难点在于水下通信的实现，以及在小功率限制下的功率有效利用及尽可能大的光发射功率控制。
水下无线通信系统方案Version 1.00 成都信息工程学院科技处2014年3月20日
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
无线光通信的原理和核心部件的一些思考 摘要：现阶段，随着科技水平的不断提升，在很大程度上促进着我国通信行业 的发展。通信技术作为通信行业的重要支撑力量，在很大程度上决定着传输效率。以往传统的无线电以及光纤通信技术，虽然不会受到地形方面的影响，信道容量 非常大，但是传输效率却非常慢。在这种情况下，我们积极的应用无线光通信技术，不仅不会受到地形因素的影响，而且还有着较强的保密性以及较快的传输效率。基于此，本文深入浅出地阐述了无线光通信原理；其次分析了无线光通信核 心部件；最后探讨了无线光通信优缺点。 关键词：无线光通信；优缺点；研究分析 一、无线光通信原理概述 无线光通信技术的的工作原理，主要包含着以下三个方面的内容：首先，需 要发射出数据信号，然后借助光信号进行传输，最终接收完成信息传输任务。无 线光通信系统应用的是光电转换技术，在调制完成电信号对光发射机的光源之后，借助具备天线功能的光学望远镜来传输光信号，在望远镜接受到信号后，将信号 全部集中在光电检测器，其次信号到达接收机后，完成光信号转换成电信号，然 后经过调制调解器，完成信息读取工作，最终接入无线光信号。但是，在这一过 程当中需要我们指出的是，光波信号的不同，其透过率也是存在着一定的差异的。在这种情况下，我们要想更加有效的提升透过率以及系统功率，我们就必须要选 择更高性能的波段窗口，来确保光信号的稳定传输。 二、无线光通信核心部件分析 （一）无线光通信发射机 无线光信号主要是借助发射机所产生的，通过将不同类型的电信号，在经过 调制解调器的转换之后，成为光信号。无线光通信并不是借助光缆进行传输的， 因此光信号主要是椭圆光斑，是由激光管芯激发进而产生的。在这一过程当中， 光学行为耦合替代了以往的同轴耦合，传输距离越远的话，那么耦合准值也就越高。我们在设定耦合准值的过程当中，需要充分结合光学耦合效率来进行，避免 影响到信号的接收。此外，我们在借助发射机发射光信号的过程当中，应积极的 做好人眼防护措施，避免造成危害。 （二）无线光通信光学天线 无线光信号并不会受到光纤输送路径方面的影响，因而在实际的发射过程当中，往往会存在一定的发散角，导致信号出现泄露的现象。在这种情况下，我们 要想最大限度的确保最终的接受准确度，我们就应在接收端设置一套光学天线系统，充分借助其凸、凹透镜的聚焦原理，更好的聚集光信号，降低信号的泄露。 光学天线的增益效果和天线的孔径存在密切的关联，如果孔径过大或者过小的话，都会在一定程度上影响着最终的接收效益。在这种情况下，我们在选取天线孔径 的时候，就需要充分的结合我们的实际工作状况来进行。除此之外，我们还要严 格的设定聚光斑点尺寸的精确度，切实提高光信号的接收效率。 （三）无线光通信接收机 光信号在传播的整个过程当中，所存在的反射以及折射的现象，会产生码间 串扰现象。不仅如此，光信号如果受到空气散射的话，也会消耗信号。在这种情 况下，我们在选择接收机的时候，就必须要选择一些有着信号接收灵敏度较强、
智能水表无线通信解决方案 深圳市技卓芯通信技术有限公司SHENZHEN JZX TELECOM TECHNOLOGY CO.,LTD 电话:865416008671429686038781传真:(0755)22676585 网址：https://www.doczj.com/doc/876460558.html, EMAIL：market@https://www.doczj.com/doc/876460558.html, 地址:深圳市南山区西丽桃源街道平山一路世外桃源创意园B栋3楼
需求分析 目前许多地方的自来水公司，还是采用人工上门读取水表数据的抄表方式，这种方式需要抄表工人挨家挨户去读取水表的数字，如果用户家中无人就没办法读取数据，而且人工抄表的方式还非常不利于数据统计，随着现在科学技术的发展，对抄表方式也是提出了新的要求，要求提高可靠性，实时性以及数据处理的方便性。于是无线抄表技术已经开始广泛应用于自来水公司的自动抄表。由于长距窒内外的布线存在着短路、断线隐患，错综复杂的线路使系统调试和维护困难重重，现在存在的远程集中抄表方式已不能满足水电公司日益增长的业务需求。因此，我们提出了新的自动抄表系统---无线抄表。 （一）无线远传水表集抄系统 系统组成：无线远传水表抄表网络系统由抄表管理中心，集中控制器和采集终端组成。其结构示意图如下： 1）抄表管理中心：由抄表管理中心内部的抄表管理计算机及其后台上位机管理软件组成，是整个远程无线抄表系统的核心管理部分，它既是远程所有无线抄表设备的管理者，又是联系着用户营销管理系统与远程自动抄表系统的桥梁。中心管理系统通过远程GPRS/CDMA的无线通信方式与远程无线集中器通信，抄收无线集中器数据，远程无线集中器与无线数据路由
空间光通信技术简介 空间光通信又称为激光无线通信或无线光通信。根据用途又可分为卫星光通信和大气光通信两大类。自从60年代激光器问世开始，人们就开研究激光通信，这时的研究也主要集中在地面大气的传输中，但因各种困难未能进入实际应用。低损耗光纤波导和实用化半导体激光器的诞生为激光通信的实际应用打开了大门，目前光纤通信已经遍布世界各国的各个城市。由于对无线通信的需求的增长，再有卫星激光通信的快速发展，自从90年代开始，人们又开始重新对地面无线光通信感兴趣，进行了大量的研究，并且开发出可以实用的商业化产品。 一、开展空间光通信研究的意义及应用前景 1.作为卫星光通信链路地面模拟系统的技术组成部分 卫星光通信链路系统在上卫星前必须有地面模拟演示系统，以保障电子系统、光学系统、机械自动化控制系统等各子系统的良好工作。在链路捕捉完成以后，与以太网相连的无线光通信系统借助于光链路的桥梁，源源不断地输送以太网上的信息，这是考验光链路稳定性能的重要指标。 2.为低轨道卫星与地面站间的卫星光通信打下良好的技术基础 低轨道卫星与地面站的通信会受到天气的影响，选择干旱少雨地区建立地面站在相当程度上缓解了这一矛盾，再通过地面站之间的光纤网可以把卫星上信息送到所需地点，这从技术上牵涉到空间光通信网与光纤网连接问题，这方面问题已经基本得到解决。 3.空间光通信具有巨大的潜在市场和商业价值 ●可以克服一些通常容易碰到的自然因素障碍 当河流、湖泊、港湾、马路、立交桥和其它自然因素阻碍铺设光纤时，无线光通信系统可跨越宽阔的河谷，繁华的街道，将两岸或者岛屿与陆地连接起来。 ●提供大容量多媒体宽带网接入 用无线光通信系统作为接入解决方案，不需耗资、耗时地铺设光纤就能满足对办公大楼或商业集中区大容量接入的需要。 ●可为大企业、大机关提供部大容量宽带网 无线光通信系统能在企业、机关围为建筑物与建筑物之间的大容量连接提供一种开放空间传送的解决方案。 ●为公安、军队等重要部门提供高速宽带通信。 ●支持灾难抢救的应急系统 无线光通信系统可为灾难抢救提供一种大容量的临时通信解决方案 ●为一时性大规模的重要活动提供临时的大规模通信系统 例如，奥运会和其他体育运动会、音乐会、大型会议以及贸易展览会等专门活动往往需要大容量宽带媒体覆盖。无线光通信系统能提供一种迅速、经济而有效的解决方案，不受原有通信系统的带宽限制，也不用再去办理光纤铺设许可证。 二、空间光通信的优势 1.组网机动灵活 无线光通信设备将来可广泛适用于数据网（Ethernet，Token Ring，Fast Ethernet，FDDI，ATM,STM-x等）、网、微蜂窝及微微蜂窝（E1/T1—E3/T3，OC-3等）、多媒体（图像）通信等领域。可以把这些网上信息加载在光波上，在空气中直接传输出去，这种简便的通信方式对于频率拥挤的环境是非常理想的，例如：城市、大型公司、大学、政府机构、办公楼群等。
什么是光通信技术 光通信是一种以光波为传输媒质的通信方式。光波和无线电波同属电磁波，但光波的频率比无线电波的频率高，波长比无线电波的波长短。因此，它具有传输频带宽、通信容量大和抗电磁干扰能力强等优点。 光波按其波长长短，依次可分为红外线光、可见光和紫外线光。红外线光和紫外线光属不可见光，它们同可见光一样都可用来传输信息。光通信按光源特性可分为激光通信和非激光通信；按传输媒介的不同，可分为有线光通信和无线光通信（也叫大气光通信）。常用的光通信有： 大气激光通信。信息以激光束为载波，沿大气传播。它不需要敷设线路，设备较轻，便于机动，保密性好，传输信息量大，可传输声音、数据、图像等信息。大气激光通信易受气候和外界环境的影响，一般用作河湖山谷、沙漠地区及海岛间的视距通信。 光纤通信。是一种有线通信，光波沿光导纤维传输。光源可以是激光器（又称半导体激光二极管），也可以是发光二极管。光纤通信传输衰减小、容量大、不受外界干扰、保密性好，可用于大容量国防干线通信和野战通信等。 蓝绿光通信。是一种使用波长介于蓝光与绿光之间的激光，在海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。 红外线通信。是利用红外线（波长300 ～0.76 微米）传输信息的通信方式。可传输语言、文字、数据、图像等信息，适用于沿海岛屿间、近距离遥控、飞行器内部通信等。其通信容量大、保密性强、抗电磁干扰性能好，设备结构简单，体积小、重量轻、价格低。但在大气信道中传输时易受气候影响。 紫外线通信。是利用紫外线（波长0.39 ～60 × 10 微米）传输信息的通信方式。其基本原理与红外线通信相似，与红外线通信同属非激光通信。 因为激光是一种方向性极强的相干光，沿光纤传输是目前最理想的恒参信道。从发展的观点看，激光通信特别是光纤通信将被广泛采用。mvt_lotte发表于2009-4-29 09:55:00
开题报告 电气工程及自动化 水下无线通信系统的设计 一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义 水下无线通信主要可以分成三大类：水下电磁波通信、水声通信和水下光通信，它们具有不同的特性及应用场合。 1、水下电磁波通信技术的特点与发展 众所周知海水据有导电的性质，因而海水对电磁有屏蔽的作用。海水中含有多种带电离子，其中钠离子、钾离子、钙离子、镁离子、硫酸根离子、碳酸根离子、氯离子、碳酸氢根离子，这8种离子占海水中溶质总量的99％以上，这是使海水成为导体的主要原因。海水的电导率随海区温度、深度、盐度的不同而不同，为3～5S∕m，工程上一般取其平均值：4S∕m，它高于纯水的电导率5～6个数量级。所以对平面电磁波传播而言海水是有耗媒质，这决定了平面电磁波在海水中的传播衰减很大。 （1）军用岸对潜艇甚低频单向通信 这是一种世界各国家海军传统的军用远程单向通信方式，它从发射到接收的海区之间的传播路径是在大气层中，衰减比较小，但从大气层进人海面再到海面以下一定深度接收点的过程中，电磁波场强就会急剧下降。这就决定了水下电磁波通信只能用于远距离的小深度的水下通信。平面电磁波从大气层进入海面通信的发端在大气层中，其平面电磁波以垂直极化的形式(这是传播损耗较小的传播形式)在海面上传播，其水平磁场在海面感应出水平电场，此水平电场以接近垂直的方向向下传播，最后到达接收点。电磁波从空气中进人海面以下的能量是很少的。所以水下电磁波通信只能用于远距离的小深度的水下通信。如果想将电磁波信号送到较大深度时，就需要适当降低工作频率。 （2）军用岸对潜艇超低频单向通信 上世纪冷战时期，美国和前苏联分别将岸对潜(艇)单向通信的工作频率，从甚低频的几十千赫兹降到了超低频的100Hz以下，从而实现了100m左右的收信深度。 以上两种方式的通信，发射设备的规模宏大，其占地面积以平方千米计，发射机输出功率从几百千瓦到数兆瓦，通信距离可达数千千米甚至超过万米，但收信深度(潜艇能可靠接收信号时艇的水线深度)都较浅，甚低频通信的收信深度仅几米至几十米，超低频通信的收信深度也仅百米左
光通信与无线通信融合新技术 学校：北京邮电大学 作者：宋国伟
微波通信技术 一、微波通信概述 微波通信是指用微波频率作载波携带信息,通过无线电波空间进行中继(接力)通信的方式。数字微波通信是指利用微波(射频)携带数字信息，通过在大气中传输的一种通信方式。 微波通信的工作频段。微波频率指300MHz~300GHz，波长为1m-1mm范围的电磁波。人们习惯上将微波划分为分米波、厘米波、毫米波和亚毫米波等波段。通常用不同的字母代表不同的微波波段，如：S代表10 cm波段，C代表5 cm 波段，X代表3 cm波段，Ka代表8 mm波段，U代表6 mm波段，F代表3 mm波段等。 二、微波通信的发展历史 微波的发展是与无线通信发展是分不开的。1901年马克尼使用800KHz中波信号进行了从英国到北美纽芬兰的世界上第一次横跨大西洋的无线电波的通信试验；无线通信初期，人们使用长波及中波来通信；20世纪20年代初，人们发现了短波通信，直到20世纪60年代卫星通信的兴起，它一直是国际远距离通信的主要手段，并且对目前的应急和军事通信仍然很重要。 由于电磁波各波段的传播特性各异，因此，可以用于不同的通信系统。中波主要沿地面传播，绕射能力强，适用于广播和海上通信。而短波具有较强的电离层反射能力，适用于环球通信。超短波和微波的绕射能力较差，可作为视距或超视距中继通信。 微波通信由于其通信的容量大而投资费用省(约占电缆投资的五分之一)，建设速度快，抗灾能力强等优点而取得迅速的发展。20世纪40-50年代产生了传输频带较宽，性能较稳定的微波通信，成为长距离大容量地面干线无线传输的主要手段。模拟调频传输容量高达2700路，也可同时传输高质量的彩色电视，而
. 水下无线通信系统方案Version 1.00 信息工程学院科技处 2014年3月20日
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，
目录 摘要 (1) Abstract（英文摘要） (2) 第一章引言 (3) 1.1研究的目的和意义 (3) 1.2当前现状 (4) 1.3系统方案论证和预期目标 (4) 1.4论文设计概述 (5) 第二章系统的硬件构成与分析 (7) 2.1系统描述 (7) 2.2 MSP430微控制器简介 (7) 2.3 无线数据传输模块 (7) 2.4 系统模块介绍 (8) 2.4.1电源电路 (12) 2.4.2复位电路 (13) 2.4.3数据采集电路 (13) 2.4.4无线串口通信电路 (14) 2.4.5显示电路 (15) 2.4.6单片机电路 (16) 第三章系统软件设计 (18) 3.1上位机处理程序 (18) 3.1.1VB串口通信 (19) 3.1.2无线传输接口和协议 (20) 3.1.3通信模块设计 (21) 3.1.4数据处理 (22) 3.1.5数据保存 (22) 3.2下位机处理程序 (22) I
3.2.1系统初始化 (23) 3.2.2数据采集处理模块 (24) 3.2.3显示模块 (25) 3.2.4无线串口通信模块 (26) 3.2.5中断子程序 (27) 3.2.6主处理模块 (27) 第四章系统调试及结果分析 (28) 4.1系统硬件调试 (28) 4.2系统软件的调试、分析 (29) 4.2.1上位机软件调试 (29) 4.2.2下位机软件调试 (29) 4.2.3联机调试 (30) 第五章总结 (31) 参考文献 (32) 致谢 (33) II
摘要 无线数据传输技术在测控领域得到越来越广泛的应用，该技术最大的特点是通信双方省去布线，易于维护。无线数据传输技术为现代测控仪器的连接提供了灵活的结构设计方案，特别是在一些难于采用导线连接的环境中。本文的双级测控系统由单片机构成的下位机完成现场信号的采集工作，并借助无线通信模块将数据传送到上位机（PC机）进行进一步处理。文中主要包括三部分内容：一是系统硬件的选用及电路设计。其中，微处理器MCU选用的是美国TI 公司出品的新型16位RISC结构的MSP430微处理器；无线数字传输器件采用SRWF-108型微功率无线数传模块。二是下位机系统软件部分的开发。程序采用MSP430微处理器的汇编语言编写。该语言是一种典型的精简指令集系统。结合16位的总线结构，大大增加了程序运行总体速度。三是上位机数据通信与管理程序的设计。采用易学、易用的VB6.0开发。 关键词：MSP430单片机，SWRF—108无线模块，串口通信，MSComm控件 - 1 -
简易水下无线通信系统 指导教师：黄根春张望先周立青 队员及年级：谭潇雄 2006级 方阁 2006级 刘利子 2006级 学校及院系：武汉大学电子信息学院 摘要：本系统以超低功耗单片机MSP430F449为控制核心，采用无线和红外通信方式，实现了水下无线通信。整个系统由陆基单元、电机单元和潜艇航模三部分组成。其中，陆基单元以ASK调制方式实现与潜艇航模的无线通信；潜艇航模以线圈接收信号并解码，然后通过红外通信将数据转发给电机控制单元；电机单元接收红外信号后通过控制电机来实现潜艇航模上浮、下潜。系统实现了天线与水面距离3米时，对潜艇航模的各种运动方式的控制。同时，潜艇航模上浮、下潜在指定的水深处时，距离误差、时间误差和速度误差均满足设计要求。整个系统操作简单，功能齐全。 Abstract：The system uses the ultra-low power MSP430F449 MCU as the control core, and uses the infrared and wireless communication, achieving a simple underwater wireless communication. The entire system consists of 3 parts，the land-based unit, the electrical unit and the submarine model. The land-based unit uses the ASK modulation to achieve wireless communication with the submarine model. The submarine model receives and decodes signals, then communicates with model unit via infrared light waves .The motor unit receives the infrared signals and keeps the floating and diving of the submarine model by controlling the suspension. The system realizes the controlling of the submarine model to achieve various forms of movement when the antenna is 3 meters above the water. The distance error, time error and speed error all meet the requirements .The whole system operates simply and functions well. 1 方案设计 1.1 理论分析 整个系统由陆基单元、潜艇航模、电机单元组成。其中，陆基单元以ASK调制方式，将控制信号调制在507KHz的载波上，经过后级功率放大后发送至天线；潜艇航模通过线圈接收信号，经放大、检波、整形后再送至PT2272解码，解码信号经单片机处理后发送至红外发射模块；电机单元接收红外信号并解码，以此控制电机工作。
光通信技术论文 无线光通信技术 摘要：随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速 率数据传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率 的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以 上的信息是通过光纤传输的。但是从光纤骨干网到用户之间的"最后 一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时;许多无线通信技术 可以解决"最后一英里"的问题，但是这些技术需要向无线电管理委 员会申请频率执照，不仅要使用户支付大量的频率占用费，而且申 请也要花费数月的时间。 关键词：高速率数据传输系统构成 随着信息化社会的到来，通信技术也得到了日新月异的发展。在过去的几年中，人们对传输速率的要求越来越高，使用高速率数据 传输的用户数量每年都在递增，光纤通信因为能传输高速率的数据，成为广域通信网的骨干网络，如今在广域通信网中80%以上的信息 是通过光纤传输的。但是从光纤骨干网到用户之间的"最后一英里"，如果铺设光缆，不仅花费大而且耗时;许多无线通信技术可以解决" 最后一英里"的问题，但是这些技术需要向无线电管理委员会申请频 率执照，不仅要使用户支付大量的频率占用费，而且申请也要花费 数月的时间。 无线光通信因为无需频率申请，机型小方便架设，能够简单的解决最后一英里的问题，为宽带接入的快速部署提供一种灵活的解决 方案。 无线光通信可在以下一些范围发挥重要作用： ·可以作为预防服务中断的光纤通信和微波通信的备份;
·可以应用于移动通信基站间的互连，无线基站数据回传; ·应用于近距离高速网的建设以及最后一英里接入; ·不宜布线或是布线成本高、施工难度大、经市政部门审批困难的地方; ·用于企业内部网互连和数据传输。 1无线光通信系统的构成 无线光通信系统是以大气作为传输媒质来进行光信号的传送的。只要在收发两个端机之间存在无遮挡的视距路径和足够的光发射功率，就可以进行通信。 2无线光通信系统的特点和优势 2.1频带宽，速率高 从理论上讲，FSO的传输带宽与光纤通信的传输带宽相同，只是 光纤通信中的光信号在光纤介质中传输，而FSO的光信号在空气介 质中传输。FSO产品目前最高速率可达2.5Gbit/s，最远可传送4km。 2.2频谱资源丰富 与微波技术相比，FSO设备多采用红外光传输，有相当丰富的频 谱资源，不需要申请频率执照，也不需要交纳频率占用费，这是一 般微波通信和无线通信无法比拟的。 2.3适用任何通信协议 适用于任何环境，不依赖某种协议。现在通信网络常用的SDH、ATM、以太网、快速以太网等都能通过，并可支持2.5Gbit/s的传输 速率，用于传输数据、声音和影像等各种信息。 2.4架设灵活便捷 FSO可以直接架设在屋顶，以及在江河湖海上进行通信，可以完 成地对空、空对空等多种光纤通信无法完成的通信任务，而且无需
水下光通信技术 一．技术优点 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、传输的时延大等缺陷。因为一下通信： （1）是由于光波频率高，其信息承载能力强，可以组建大容量无线通信链路。（2）是光波在水介质的传输速率可达千兆，使得水下大信息容量数据的快速传输成为可能； （3）是光学通信具有抗电磁干扰能力强，不受海水温度和盐度影响等特点；（4）是波束具有较好的方向性，如想拦截，就需要用另一部接收机在视距内对准发射机，造成通信链路中断，用户会及时发现通信链路中断事故。 （5）是随着半导体光源关键技术不断突破，体积小，价格低、效率高的可见光谱光电器件充足。并且由于光波波长短，收发天线尺寸小，可以大幅度减少重量。 二．重要性 近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。 在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV （Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港口安全保障过程中，在AUV上搭载声学或光学监测传感器进行港口及水下设备的检测和目标的跟踪，并及时通过无线通信技术将信息传输到信息中心。
水下无线传感器网络 摘要：水下无线传感器网络是一种包括声、磁场、静电场等的物理网络，它在海洋数据采集、污染预测、远洋开采、海洋监测等方面取得了广泛的应用，将在未来的海军作战中发挥重要的优势。描述了水下无线传感器网络的研究现状，给出了几种典型的水下无线传感器网络的体系结构，并针对水下应用的特点，分析了水下无线传感器网络设计中面临的节点定位、传感器网络能量、目标定位等诸多难题，最后根据应用需求提出了水下无线传感器网络研究的重点。 关键词：水下无线传感器网络；能量；定位 1．引言 水下无线传感器网络是使用飞行器、潜艇或水面舰将大量的(数量从几百到几千个)廉价微型传感器节点随机布放到感兴趣水域，节点通过水声无线通信方式形成的一个多跳的自组织的网络系统，协作地感知、采集和处理网络覆盖区域中感知对象的信息，并发送给接收者。近年来，水下无线传感器网络技术在国内外受到普遍关注，正在被广泛用于海洋数据采集，污染预测，远洋开采，海难避免，海洋监测等。 水下无线传感器网络具有传统传感器技术无法比拟的优点[1]：传感器网络是由密集型、成本低、随机分布的节点组成的，自组织性和容错能力使其不会因为某些节点在恶意攻击中的损坏而导致整个系统的崩溃；分布节点的多角度和多方位的信息融合可以提高数据收集效率并获得更准确的信息；传感网络使用与目标近距离的传感器节
点，从而提高了接收信号的信噪比，因此能提高系统的检测性能；节点中多种传感器的混合应用使搜集到的信息更加全面地反映目标的特征，有利于提高系统定位跟踪的性能；传感器网络扩展了系统的空间和时间的覆盖能力；借助于个别具有移动能力的节点对网络的拓扑结构的调整能力可以有效地消除探测区域内的阴影和盲点。因此，传感器网络能够应用于恶劣的战场环境。在军事领域，通过多传感器系统的密切协调，形成空-舰-陆基传感器构成的多传感器互补监视网络，对目标进行捕获、跟踪和识别。 水下无线传感器网络由于其应用环境的特殊性，要考虑海水盐度、压力、洋流运动、海洋生物、声波衰减等对传感器网络的影响，使水下无线传感器网络的设计比陆地无线传感器网络更难，对硬件的要求更高。 2 水下无线传感器网络的研究现状 由于水下无线传感器网络的巨大应用价值，它已经引起世界许多国家军事部门的极大关注。水下传感器网络技术的发展甚至影响到海军军事战略的变革。由于水下传感器网络技术的发展，未来的海战可充分发挥近海空间优势。 最早开展水下无线传感器网络研究的国家是美国，早在上世纪50 年代，美国就在大西洋和太平洋中耗巨资建设庞大的水声监视系统(SOSUS)。近几年美国水下无线传感器网络的较大的项目有：1999~2004 年美国海军研究办公室的SeaWeb 计划；2004 年哈佛大学启动的CodeBlue 平台研究计划；坛上，披露了“近海水下持续监
无线光通信FSO技术简介 FSO是光通信和无线通信结合的产物，是用小功率红外激光束在大气中传送光信号的通信系统，也可以理解为是以大气为介质的激光通信系统。 FSO有两种工作波长：850纳米和1550纳米。850纳米的设备相对便宜，一般应用于传输距离不太远的场合。1550纳米波长的设备价格要高一些，但在功率、传输距离和视觉安全方面有更好的表现。1550纳米的红外光波大部分都被角膜吸收，照射不到视网膜，因此，相关安全规定允许1550纳米波长设备的功率可以比850纳米的设备高两个等级。功率的增大，有利于增大传输距离和在一定程度上抵消恶劣气候给传输带来的影响。FSO和光纤通信一样，具有频带宽的优势，能支持155Mbps～10Gbps的传输速率，传输距离可达2～4公里，但通常在1公里有稳定的传输效果。 在基础网的建设方面，使用光纤技术的高速网络正在不断完善。与此同时，光空间通信方式作为高速网络最后一公里的宽带通信方式，近来正受到各方面的关注。特别是，在城市宽带网络建设中，由于市政建设基本定形，新设光纤的施工需要繁琐的市政批准。有些地方如跨铁路、公路的施工非常困难，该通信方式的实用化对城市高速宽带通信网络的建设不失为一种极其有效的方法。 光通信方式分为利用光纤技术的有线通信方式和利用光空间通信技术(Free - Space Optics：FSO)的无线通信方式两种。光空间通信方式是将自由空间作为传送媒体，主要用半导体振荡器做光源，以激光束的形式在空间传送信息。对该领域的开发研究曾经风行一时。 FSO技术的历史可追溯到20世纪60年代。1960年，梅曼发明了自然界不存在的红宝石振荡器，作为相干性光源使用。第二年，HE-Ne 振荡器在贝尔实验室开发成功。以后，1962年，又成功的开发了GaAIAs 半导体振荡器。1970年，GaAIAs振荡器在日本、美国以及前苏联实现了连续振荡。小型、高速且可调制半导体振荡器的出现成为光传送研究得以大幅度发展的契机。 自从发明振荡器后，很快就有人尝试将其用于室外光通信。在日本，从1965年开始，用1年多的时间，利用He-Ne振荡器，进行了6.3公里的折返传送实验，以比较光空间通信与微波通信的区别。另外，NTT公司从1970年到1973年，利用3年时间在东京都中心地区设置了4个路径，进行了距离在520m～2.5Km的传送实验。此次实验使用的是He-Ne振荡器(波长0.63μm)和半导体的LED(波长0.8μm)。实验报告表明，光源性质的不同造成的传播特性上的差异并非很大。同时，实验还表明，空中传播造成的偏振面的变动较少，且传播损耗的大小在很大程度上取决于视程。此后，由于低损耗的光纤的出现，使得光空间通信方面的研究纷纷转向光纤技术领域，光空间通信的研究受到了冷落。 最近几年，由于光空间通信所需要的各种设备的价格下降导致光空间通信装置本身的价格降低，同时，光空间通信所持有的简便性、宽带性、无电磁干扰性、无需申请市政批准等特性，使得这种通信方式重新受到广泛的关注。 任何一种技术都有其局限性，光空间通信方式是在空中以激光束方式传播信号，需在可视距离内进行通信，并易受气象条件等因素的影响。
西安邮电大学 《无线光通信》 学院：电子工程学院 专业：电子科学与技术 姓名：*** 学号：*（*） 班级：* 时间：2013-2014学年第一学期
水下光通信 摘要：水下光通信作为一种快捷的无线光通信方式，已经逐步成为现实，解决了长期水下目标探测、通信等难题。 本文对水下光通信的发展、重要性、优势和存在问题进行了系统的学习和分析，以及介绍了水下光通信的两种方式，分别对水下光纤通信和水下激光通信的特点及应用作了详细的介绍。由于水下光通信在水下传输时受到了水下复杂的条件影响，水下光通信将来的研究方向在增加传输容量、延长传输距离、自动方向对准、降低设备成本等方面。如果这些问题能得到有效解决，那么水下光通信对无线光通信行业将发挥巨大的促进作用。 关键字：水下光通信水下光纤通信水下激光通信
一、水下光通信的发展 光通信起源最早可追溯到19世纪70年代,当时Bell提出采用可见光为媒介进行通信,但是当时既不能产生一个有用的光载波,也不能将光从一个地方传到另外一个地方。因此直到1960年激光器的发明,光通信才有了突破性的发展，但研究领域基本上集中在光纤通信和不可见光无线通信领域。由于海水对光的强吸收特性，水下光通信技术一直没有得到重视。直到1963年,Dimtley等人在研究光波在海洋中的传播特性时,发现海水在450-550纳米波段内蓝绿光的衰减比其它光波段的衰减要小很多, 证实在海洋中亦存在一个类似于大气中存在的透光窗口。这一物理现象的发现为解决长期水下目标探测、通信等难题提供了基础。 水下光学通信技术研究前期主要集中在军事领域，长期以来是水下潜艇通信中的关键技术。美国海军从1977年提出卫星与潜艇间通信的可行性后, 就与美国国防研究远景规划局开始执行联合战略激光通信计划。1983年底, 前苏联在黑海舰队的主要基地塞瓦斯托波尔附近也进行了把蓝色激光束发送到空间轨道反射镜后再转发到水下弹道潜艇的激光通信试验。 澳大利亚国立大学信息科学与工程研究学院的研究小组开发了一种低成本、小体积、结构简单的光学通信系统，选用LuxeonⅢLED的蓝（460nm）、青（490nm）、绿(520nm)光，接收器电路采用对蓝青绿三种光灵敏度很高的SLD—70BG2A 光电二极管，这套系统在兼顾速度与稳定性的同时，通讯速率可达57.6kbps，由于采用红外无线通信协议，其水下传输速率和传输距离受到极大限制。 美国伍兹霍尔海洋研究所研究小组研制了一套基于发光二极管（LED）低功耗深海水下光学通信样机，采用键控调制技术实现了10Mbps的通信速率。由于是针对深海领域，没有考虑了水下光学信道中的散射影响，其结果存在一定的片面性。 日本Keio大学研究小组开展了基于可见光LED的水下光学无线通信研究，采用米氏散射理论进行悬浮颗粒对信道影响的分析，其仿真结果表明，水下光学信道的传输特性与波长和海水浊度有关。 美国海军航空系统司令部的研究小组探讨了海水散射影响对PSK调制的水下光学无线通信在10-100Mbps通信速率的影响，结合实验室内模拟试验进行分析，试验结果表明海水的混浊度对信道调制带宽和相位具有重要影响。但是对实际环境下海水散射对编码调制技术的影响机制缺乏全面的认识。 近年来，Hanson和Radic采用Monte Carlo方法进行水下光波传输仿真，验证了传输速率为1Gbps 的水下光学通信的可行性。 由于各种原因，国内所开展的水下光学通信技术研究有限，在水下光学信道的光学特性研究方面基础较为薄弱。 二、水下光通信的重要性 近十年来，新兴的水下无线传感器网络技术为获取连续、系统、高时空分辨率、大时空尺度的海洋要素观测资料提供一种全新的技术手段。水下无线传感器网络由多个低成本、低功耗、多功能的集成化微型传感器节点组成，这些传感器节点构成无线网络，具有数据采集、无线通信和信息处理的能力，将多个此类传感器节点布置在一个特定的区域内，可形成无线传感器网络,它们通过特定的协议，高效、稳定、准确的进行自组织，并通过各传感器节点协作进行实时测量、感知和采集各种海洋要素的信息，利用无线通信技术将观测信息实时传输。因此，通过在感兴趣的海域布设大量廉价无线传感器节点可以获取海洋环境时空变化观测资料，实现大范围的观测区域高覆盖面的监测，为实现多点化、立体化、长时序、网络化、实时化、大空间尺度的海洋环境监测提供技术支撑。 在海洋军事活动中，为保障信息传输过程中不受干扰和不被截听，利用AUV （Autonomous Underwater Vehicle）进行指挥舰与潜艇，潜艇与潜艇之间的通信联络；在港