基于扩频技术的水下无线光通信系统

吕伟超，徐 敬,2

(1.浙江大学 海洋学院光通信实验室，浙江 舟山 316021;2.海洋感知技术与装备教育部工程研究中心，浙江 舟山 316021)

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随着社会的发展，人们对开发利用海洋资源和进行海洋探测的需求逐渐增加，高速长距离的水下无线通信技术也显得愈发重要。传统的水声通信数据传输速率较低，且信号传输时延较大，而射频信号在水中衰减较大，且往往需要庞大的天线，严重限制了其在水下通信中的应用[1-2]。水下无线光通信(Underwater Wireless Optical Communication,UWOC)技术以光为载波，具有带宽大、速率高、延时低、安全性高、体积小等优点，这些优点使其在一些需要以数据、图像或视频为传输信号且速率要求极高的应用中非常具有吸引力[3]。

由于蓝绿光在多数海水中的吸收系数最小，目前一般使用蓝绿波段的光作为载波进行水下无线光通信。而随着科技的不断进步，光源和探测器的制造工艺也在逐渐成熟并日臻完善。目前许多有关UWOC研究使用的光源和探测器的带宽均已达到GHz水平，如文献[5]使用的探测器3 dB带宽可达7 GHz，而文献[6]使用的激光器带宽甚至达到了26 GHz，在此基础上构建的UWOC系统通信速率最高可达到几十Gbit/s级别，远远超过目前在用的水声通信(kbit/s级别)，也足已满足几乎所有的水下应用需求。这些研究为了实现高速数据传输，通常采用频谱效率较高的信号调制格式，如正交频分复用(Orthogonal Frequency Division Multiplexing，OFDM)[7-9]，其需要较高的接收光功率和信噪比(Signal-to-Noise Ratio，SNR)，因此其传输距离往往较短，一般仅为几十米。对于很多UWOC的应用，如图片和视频传输，几十Mbit/s的速率便可满足通信需求，而传输距离却逐渐成为限制UWOC应用的一块短板。……