“2017中国光学十大进展”候选推荐

传统的对潜通信采用超长波射频通信方式，需要庞大的天线设备且通信速率极低（一般在数百bps以下），仅能传输简单的指令信息，一般应用在军事上。随着海洋研究、探测、监测、开发和保护等活动的不断增多，大量自容式传感器或传感网络布放在水下。如何高效地采集水下传感器节点数据成为亟待解决的问题。传统手段一般通过派遣母船或水下航行器到目标区域附近进行数据采集，时间和经济成本较高。

 

图1  激光对潜通信应用场景图

 

现有关于无线激光对潜通信的研究大都是理论分析，缺少实验验证。美国海军与美国国防研究远景规划局成功进行了多次海上大型蓝绿激光对潜艇通信实验，主要利用激光通信在军事上的安全性优势，并非以高速数据采集为主要目的。

 

水下无线光通信技术具有带宽高、抗干扰能力强、保密性好等优势，将在海洋探测、海洋环境监测和海洋资源开发等领域发挥重要作用，已成为世界各国竞相发展的重要通信技术之一，是一个快速发展的研究领域。

 

 

徐敬课题组2016年发表在Optics Express上的一篇前期论文中实现了6 m/4.88 Gbps水下激光通信，所实现的传输距离-速率积在当时已报道文献中处于领先水平。几个月后，两个知名海外课题组在Optics Express和Scientific Reports上发表的论文中分别实现了20 m/1.5 Gbps和10.2 m/5.2 Gbps的水下激光通信。依托浙大舟山校区先进的涉海实验条件，研究团队近期首次对高速激光对潜通信上行和下行链路的可行性进行了实验验证，实现了26 m（空气中5 m，水下21 m）的无线数据传输，数据速率高达5.5 Gbps。与现有的水下无线光通信研究成果相比，该研究成果不仅在上行和下行的水下信道中都获得了更大的传输距离-速率积，而且还增加了一段5 m的空气信道，为未来实现复杂海况下更长距离的无线激光对潜通信研究打下了基础。本研究中信道条件较为理想，复杂海况下的应对措施仍需大量后续研究。

 

图2 26 m/5.5 Gbps激光对潜通信实验场景图与现场测试数据

 

本研究成果的相关实验在浙江大学海洋学院海洋传感与网络研究所的光波通信实验室和海洋学院近海馆的精密水池（长25 m，宽0.6 m，高0.5 m）完成。本研究得到国家自然科学基金、国家重点研发计划和浙江大学“水下直升机”预研项目支持。

 

相关研究成果以26 m/5.5 Gbps air-water optical wireless communication based on an OFDM-modulated 520-nm laser diode 为题发表在Optics Express [25 (13) , 14760-14765  (2017)] 上，课题组硕士研究生陈一菲同学为第一作者。

 

 

论文链接：

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