太空、空中與海洋全光通信網(wǎng)絡(luò)技術(shù)首次亮相

太空、空中和海洋：全光通信網(wǎng)絡(luò)可實(shí)現(xiàn)不同環(huán)境之間的無縫連接。該技術(shù)結(jié)合了用于控制無人水下航行器 (UUV) 的藍(lán)光通信 (BLC)、白光通信 (WLC)、用于無人機(jī) (UAV) 的深紫外通信以及與衛(wèi)星的激光二極管通信 (LC)。（圖片來源：Optics Express）

南京郵電大學(xué)研究人員展示了一種通信網(wǎng)絡(luò)原型，該網(wǎng)絡(luò)可以完全以光波通過太空、空氣和水傳輸和接收數(shù)據(jù)。如果成功擴(kuò)大規(guī)模，新的網(wǎng)絡(luò)設(shè)計(jì)可能會有多種應(yīng)用，如導(dǎo)航、生態(tài)監(jiān)測、遙感、緊急救援和連接所謂“物聯(lián)網(wǎng)”內(nèi)的設(shè)備。

當(dāng)今許多光通信網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)只適用于一種介質(zhì)：水下、陸地、太空或空中。創(chuàng)建一個(gè)可以在所有這些環(huán)境中運(yùn)行的單一系統(tǒng)并非易事，因?yàn)槊糠N環(huán)境的要求都不同。因此，滿足這些要求意味著結(jié)合多種技術(shù)。

現(xiàn)在，由南京郵電大學(xué)微電子專家王永進(jìn)教授和蘇州照明芯單片光電技術(shù)有限公司領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了這一目標(biāo)，他們采用四種不同的光源在任何環(huán)境中建立同步無線光通信鏈路。

“我們的新無線網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了跨環(huán)境的不間斷連接，促進(jìn)了在網(wǎng)絡(luò)內(nèi)和網(wǎng)絡(luò)之間進(jìn)行通信和數(shù)據(jù)交換的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間的雙向?qū)崟r(shí)數(shù)據(jù)傳輸?！蓖跤肋M(jìn)表示。

四個(gè)全雙工無線光通信鏈路

對于網(wǎng)絡(luò)的水下部分，研究人員選擇了藍(lán)光，因?yàn)楹Ｋ畬﹄姶挪ㄗV的這一部分的吸收較少，這意味著光可以傳播得更遠(yuǎn)。為了與無人機(jī)等機(jī)載設(shè)備通信，他們使用了深紫外光，因?yàn)樗梢蕴峁叭彰ぁ蓖ㄐ?，不會受到陽光的干擾。

對于其他空中應(yīng)用，他們使用無線白光通信，而對于自由空間中的點(diǎn)對點(diǎn)通信，他們選擇了近紅外激光二極管。這些二極管以高光功率向一個(gè)方向發(fā)射光，再次使信號傳播得更遠(yuǎn)。

“我們的網(wǎng)絡(luò)由這四條全雙工無線光通信鏈路組成，它們通過以太網(wǎng)交換機(jī)串聯(lián)起來，”王永進(jìn)解釋道。“全光通信網(wǎng)絡(luò)既可以通過有線訪問，也可以通過無線訪問，從而提供靈活的連接選項(xiàng)?！?/span>

王永進(jìn)還表示，分離不同的光帶還可以防止信號干擾，這意味著網(wǎng)絡(luò)可以同時(shí)傳輸許多信號而不會影響性能。網(wǎng)絡(luò)可以通過調(diào)制解調(diào)器連接到互聯(lián)網(wǎng)，例如，允許身處偏遠(yuǎn)海洋地區(qū)的人們訪問骨干網(wǎng)絡(luò)以共享信息。而且，還允許通過廣泛使用的 TCP/IP（轉(zhuǎn)換控制協(xié)議/互聯(lián)網(wǎng)協(xié)議）套件進(jìn)行視頻會議和其他傳輸，使其也適用于物聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用。

“例如，當(dāng)一個(gè) 2560 × 1440 像素的在線視頻以每秒 22 幀的速度輸入網(wǎng)絡(luò)時(shí)，從任何節(jié)點(diǎn)訪問網(wǎng)絡(luò)的用戶都可以觀看此視頻，幾乎沒有延遲。”

從單一通信系統(tǒng)到網(wǎng)絡(luò)

王永進(jìn)教授及其研究團(tuán)隊(duì)認(rèn)為，全光通信網(wǎng)絡(luò)是一項(xiàng)“重大突破”，它應(yīng)該能夠?qū)崿F(xiàn)從單一無線光通信系統(tǒng)到多個(gè)無線光通信系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)過渡。這種網(wǎng)絡(luò)可以抵抗電磁干擾 (EMI)，因此特別適合與水下設(shè)備和無人機(jī)集群進(jìn)行通信。

“這就是為什么我們要在網(wǎng)絡(luò)中集成移動(dòng)節(jié)點(diǎn)，而不是像現(xiàn)在這樣集成固定節(jié)點(diǎn)，”王教授解釋道?！叭欢?，這并不容易，因?yàn)樗枰鉀Q‘光校準(zhǔn)’和網(wǎng)絡(luò)建立速度的挑戰(zhàn)?！?/p>

此外，研究團(tuán)隊(duì)還計(jì)劃使用一種稱為波分復(fù)用的技術(shù)來提高通信網(wǎng)絡(luò)的吞吐量。他們表示，這將消除使用近紅外激光二極管帶來的延遲，從而提高網(wǎng)絡(luò)的整體效率和性能。

更多詳情，可查閱該論文：https://opg.optica.org/oe/fulltext.cfm?uri=oe-32-6-9219&id=547474

資料來源：Optics Express

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