文 | 薛铮铮

编辑 | 薛铮铮

引言

水下可见光通信（UVLC）技术已经成为一种很有前途的水下环境通信方法。与声学或无线电通信等其他方法不同，UVLC利用光域来传输数据。因此，它为水下应用提供了一个更可靠、更高带宽的通信信道。

光通信中关键技术的应用特点

水下可见光通信（UVLC）技术利用可见光在水下两点之间传输数据。这种通信形式比声学或无线电波等其他形式更可靠，因为可见光不像其他通信方法那样受到衰减。传输距离可能是有限的，但它更适合于短距离通信方法。UVLC技术在水下监测、环境监测和水下勘探等许多领域都有应用。

水下可见光通信的关键技术

水下可见光通信方法中采用了调制、均衡和解调等关键技术。

调制技术调制是修改信号以携带信息的过程。它是可见光通信方法的关键组成部分，因为它有助于在信号传输之前对其进行编码。它对水下通信至关重要，因为它有助于减轻信道损伤的影响，如可能影响信号的湍流和衰减。水下可见光通信方法中使用了几种调制技术。

幅移键控（ASK）：ASK是一种使用二进制开关键控对数字数据进行编码的调制技术。它实现简单，并且具有较低的复杂性。

频移键控（FSK）：FSK是一种通过改变载波信号的频率对数字数据进行编码的调制技术。它提供了良好的频谱效率，并且抗干扰。

脉宽调制（PWM）：PWM是一种通过改变信号中脉冲的宽度来编码数字数据的调制技术。它易于实现，并且提供了良好的频谱效率。

均衡技术均衡是一种补偿传输过程中信道造成的失真的过程。水下可见光通信方法至关重要，因为水下环境会对信号造成显著失真。

时域均衡：时域均衡补偿多径干扰引起的幅度和相位失真。

频域均衡：频域均衡补偿频率选择性衰落。

脉冲响应均衡：脉冲响应均衡补偿信道脉冲响应引起的失真。

解调技术解调是对调制信号进行解码以提取其中编码的信息的过程。水下可见光通信方法中使用了几种解调技术，包括：

包络检测解调：包络检测解调是一种简单而有效的技术，可以恢复调制信号的包络。

相干检测解调：相干检测解调使用本地振荡器对信号进行解调。

直接检测解调：直接检测解调是一种简单、低成本的技术，可以直接检测调制信号。

UVLC关键技术的应用特点

调制、均衡和解调技术的应用特性是设计水下可见光通信系统的关键考虑因素。这些特性对系统的可靠性、带宽和范围都有影响。

调制技术的选择对水下可见光通信系统的性能有着重要的影响。ASK调制易于实现，但与FSK调制等其他技术相比具有较低的频谱效率。FSK调制提供了更好的频谱效率，并且抗干扰，但与ASK调制相比，它具有更高的复杂性。调制技术的选择取决于系统的要求，如带宽、范围和复杂性。

均衡对于补偿水下环境造成的信道失真至关重要。时域均衡在补偿由多径干扰引起的幅度和相位失真方面是有效的。频域均衡在补偿信道引起的频率选择性衰落方面是有效的。脉冲响应均衡在补偿由信道的脉冲响应引起的失真方面是有效的。均衡技术的选择取决于信道引入的失真的性质。

解调技术的选择取决于系统中使用的调制类型。与包络检测和直接检测解调相比，相干检测解调提供了更好的性能。然而，它是复杂的，并且需要本地振荡器。包络检测解调实现简单，适用于低速应用。直接检测解调实现简单，适用于低成本应用。

水下可见光通信技术在监视、环境监测和水下探测等水下应用中具有巨大的潜力。调制、均衡和解调等UVLC关键技术的应用特性对系统的性能起着至关重要的作用。

调制、均衡和解调技术的选择取决于系统的要求，如带宽、范围和复杂性。通过了解这些关键技术的应用特点，设计师可以针对特定的水下应用优化UVLC系统。

如何在水下可见光通信中应用关键技术

分析系统需求，如带宽、范围和复杂性。这种分析有助于选择符合系统要求的适当调制、均衡和解调技术。

分析通道的特性，如衰减、散射和反射。这种分析有助于选择补偿信道失真的适当均衡技术。

根据系统要求和信道特性选择适当的调制、均衡和解调技术。

使用选定的关键技术来设计和实现系统。此步骤包括选择与所选关键技术兼容的硬件、软件和其他系统组件。

使用相关的性能指标，如误码率（BER）、频谱效率和范围，来测试和评估系统的性能。系统测试和评估有助于识别和解决与系统功能和性能相关的任何问题。

水下可见光通信是一种很有前途的水下应用技术，如监视、环境监测和水下探测。关键技术在UVLC中的成功应用需要考虑系统需求、信道特性和可用资源。

调制、均衡和解调是UVLC中用于减轻信道损伤（如衰减、散射和反射）的关键技术。通过遵循考虑系统需求和信道特性的系统方法，设计者可以针对特定的水下应用优化UVLC系统。

UVLC关键技术的各种应用成果及其对社会的影响

发光二极管（LED）技术是UVLC中使用的最常见的光源类型。与其他类型的光源相比，LED具有几个优点，包括高能效、低散热和长寿命。在UVLC中，LED通常用于将数字数据调制到光信号上。这种调制是通过改变LED信号的幅度或频率来实现的。

基于LED的光源在UVLC中的应用显著提高了水下通信能力。例如，阿卜杜拉国王科技大学的研究人员开发了一种高速UVLC系统，该系统可以在长达3米的距离内以高达2.11 Gbps的速度传输数据。

调制是UVLC系统的关键组成部分，因为它能够将数据编码到光信号上。UVLC中使用了几种调制技术，包括幅频键控（ASK）、频移键控（FSK）和脉冲位置调制（PPM）。

通过使用先进的调制技术，UVLC系统可以实现更高的数据速率和更高的可靠性。这些技术的应用使水下通信取得了重大进展，改善了环境监测、水下勘探和深海科学研究。

光电探测器是UVLC系统中的重要组件，因为它们能够检测调制的光信号。UVLC中使用的最常见类型的光电探测器是光电二极管，它将光信号转换为可以由接收器处理的电信号。

光电探测器在UVLC系统中的应用显著提高了水下通信能力。例如，布里斯托尔大学的研究人员开发了一种UVLC系统，该系统可以在长达20米的距离内以高达10Mbps的速度传输数据。

如何全面发展通信技术

通信技术的发展彻底改变了我们之间的通信方式，使其比以往任何时候都更容易、更快。然而，随着技术的快速进步，全面发展通信技术以确保其持续增长和影响力是很重要的。

基础设施发展是全面通信技术发展的重要组成部分。基础设施是指实现通信技术的物理网络、硬件和软件。如果没有足够的基础设施，通信技术就无法有效发挥作用。以下是我们可以全面发展通信基础设施的一些方法：

改善连通性对于通信技术的发展至关重要。这意味着为用户提供可靠、高速的互联网和无线连接。政府和私营部门应投资改善欠发达或农村地区的互联互通基础设施，以确保所有人都能获得通信技术。

网络安全是基础设施发展的另一个重要因素。随着网络威胁的日益增多，确保通信技术网络的安全至关重要。公司和政府应实施严格的安全措施，以保护通过通信网络传输的信息和数据。

对第五代（5G）网络、人工智能（AI）和物联网（IoT）等新兴技术的投资将在通信技术基础设施的发展中发挥至关重要的作用。这些技术将提供更好的连接、更快的速度并增强跨设备通信。

应用程序开发是指将通信技术带入生活的软件程序和平台。应用程序提供了个人与通信技术交互的界面。以下是我们可以全面开发通信技术应用的一些方法：

以用户为中心的设计是应用程序开发不可或缺的一部分。公司必须根据用户需求和偏好设计其通信技术应用程序。这包括研究目标受众，并将他们的反馈纳入应用程序的设计中。简单、直观和用户友好的设计对于通信技术应用的广泛采用至关重要。

集成和互操作性是全面通信技术开发的关键组成部分。应用程序应设计为与其他通信技术应用程序无缝协作。这意味着实现跨设备通信，与第三方应用程序集成，并确保与不同操作系统的兼容性。

在开发通信技术应用程序时，必须考虑隐私和安全。公司必须实施强有力的加密和数据保护措施，以确保用户信息的安全。通信技术应用程序的设计还必须通过为个人提供对其个人信息和数据的控制来保护用户隐私。

政策制定是全面通信技术发展的一个组成部分。政策规范通信技术的使用和部署，确保其公平分配和负责任地使用。以下是我们可以全面制定通信技术政策的一些方法：

数字包容政策旨在通过确保所有人都能获得通信技术来解决数字鸿沟。这包括提供公平的基础设施、应用程序和培训计划，使个人能够充分参与数字经济。

数据保护政策管理通信技术公司对个人数据的收集、存储和使用。这些策略必须确保保护用户数据不被滥用、未经授权的访问或盗窃。政府必须执行隐私法规，要求公司对违反数据保护的行为负责。

网络中立性策略确保通过通信网络传输的所有数据都得到平等对待。这确保了互联网服务提供商不能基于用户数据的类型、来源或目的地歧视用户。网络中立政策通过为所有用户创造一个公平的竞争环境来促进竞争和创新。

笔者观点：

通信技术的全面发展涉及基础设施开发、应用程序开发和政策开发的集成。基础设施发展包括改善连通性、加强网络安全和投资新兴技术。应用程序开发包括设计以用户为中心的集成、可互操作、符合隐私和安全要求的应用程序。政策制定涉及促进数字包容性、数据保护政策和网络中立性。

全面的通信技术发展对于公平获得技术和确保负责任地使用通信技术至关重要。随着通信技术的不断进步，全面发展必须是一个持续的过程，以确保技术的持续增长和影响。

参考文献：

1.A Review of Underwater Visible Light Communication. IEEE Access, 2019.

2.Experimental Study of the Effect of Water Turbidity on Underwater Visible Light Communication. Sensors, 2017.

3.Performance Analysis of Underwater Visible Light Communication System With Multiple LEDs. Journal of Optics, 2018.

4.Development of a Low-Cost Underwater Wireless Sensor Network Based on Visible Light Communication. Journal of Sensors, 2020.

5.An Investigation of Receiver for Underwater Visible Light Communication. Journal of Ocean University of China, 2018.