水下光通信技术实现数据与能量的双传输
2022.01.04
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近年来,科学家们在利用光在空气中传播信息和数据,甚至远距离给各种各样的装置供电上,已经取得了很大的进展。然而,在水下要实现这样的目标就显得有点不那么容易达到了。

最近,土耳其与美国的科研人员发展了一个新的方法,可以在利用光实现在水下同时进行数据与能量的传输。

海洋中充满了丰富的资源以及等待探索的奥秘。随着海洋的大力开发,需要部署越来越多的水下传感器网络来收集信息。目前,在水下远程传输信号的最常见方法是通过声波,因为它很容易在水中长距离传播。然而,声波不能像光一样携带大量的数据。

可见光通信可以提供超出传统声学技术能力的数个数量级的数据速率,特别适合新兴的对带宽要求很高的的水下应用场景。

另一方面,在水下为传感器和其他设备供电是另一个挑战,因为在海洋环境中更换电池特别困难。幸运的是,任何使用太阳能电池板通过光信号接收数据的设备也可以同时用于收集能量。在这种情况下,经过传感器的自主水下航行器可以使用激光来收集数据并将电力传输到设备。

目前,最有效的方法是将来自光信号的功率分为交流 (AC) 和直流 (DC),其中交流信号用于传输数据,直流信号用于用作电源。这称为 AC-DC 分离 (ADS) 方法。

然而,科学家一直在尝试建立一种不同的方法,根据需要在能量收集和数据传输之间进行战略性切换以优化性能。这种方法称为同时光波信息和能量传输 (simultaneous lightwave information and power transfer, SLIPT)。然而,SLIPT 技术不仅很复杂,其在效率方面直到现在并没有超越传统的 ADS 方法。

最近,科学家开发了一种新的SLIPT优化算法,可以更有效地从光谱中提取能量,这使得新的SLIPT优化方法显着优于传统的ADS方法。

尽管海水中的电导率、温度、压力、水流和生物污染现象对水下通信带来了额外的挑战,但利用光来进行无线电能的可行性已经在水下环境中得到了成功的证明。

华创芯光坚信可见光通信的商业化将是必然趋势,可见光通信的不断发展将为水下调制解调器带来质的飞跃。因此,未来方向是探索优化水下自主航行器轨迹的方法,这些航行器通过可见光通信技术,有朝一日可以穿越世界海洋的广阔领域。