1. 程式人生 > >水下通信技術的分類、特征、應用及其最新研究進展

水下通信技術的分類、特征、應用及其最新研究進展

傳統 滿足 帶來 屬於 廣泛 世紀 線性 加速 位數

海洋覆蓋著地球三分之二的表面積,它是人類探索和研究的最前沿的領域之一。海洋不僅在國際商業和漁業中扮演重要的角色,而且還包含了有關氣候的信息,以及大量急待開發的資源。

水下無線通信是研制海洋觀測系統的關鍵技術,借助海洋觀測系統,可以采集有關海洋學的數據,監測環境汙染,氣候變化海底異常地震火山活動,探查海底目標,以及遠距離圖像傳輸。水下無線通信在軍事中也起到至關重要的作用,而且水下無線通信也是水下傳感器網絡的關鍵技術。

水下無線通信主要可以分成三大類:水下電磁波通信、水聲通信和水下量子通信,它們具有不同的特性及應用場合。

技術分享圖片

一、水下電磁波通信

⒈ 水下電磁波傳播特點

無線電波在海水中衰減嚴重,頻率越高衰減越大。水下實驗表明:MOTE節點發射的無線電波在水下僅能傳播50~120cm。低頻長波無線電波水下實驗可以達到6~8m的通信距離。30~300Hz的超低頻電磁波對海水穿透能力可達100多米,但需要很長的接收天線,這在體積較小的水下節點上無法實現。因此,無線電波只能實現短距離的高速通信,不能滿足遠距離水下組網的要求。

除了海水本身的特性對水下電磁波通信的影響外,海水的運動對水下電磁波通信同樣有很大的影響。水下接收點相移分量均值和均方差均與選用電磁波的頻率有關。水下接收點相移分量的均值隨著接收點的平均深度的增加而線性增大,電場相移分量的均方差大小受海浪的波動大小影響,海浪運動的隨機性導致了電場相移分量的標準差呈對數指數分布。

⒉ 傳統的水下電磁波通信

電磁波作為最常用的信息載體和探知手段,廣泛應用於陸上通信、電視、雷達、導航等領域。20世紀上半葉,人們始終致力於將模擬通信移至水中。水下電磁通信可追溯至第一次世界大戰期間,當時的法國最先使用電磁波進行了潛艇通信實驗。第二次世界大戰期間,美國科學研究發展局曾對潛水員間的短距離無線電磁通信進行了研究,但由於水中電磁波的嚴重衰減,實用的水下電磁通信一度被認為無法實現。

直至60年代,甚低頻(VLF)和超低頻(SLF)通信才開始被各國海軍大量研究。甚低頻的頻率範圍在3~30kHz,其雖然可覆蓋幾千米的範圍,但僅能為水下10~15米深度的潛艇提供通信。由反偵查及潛航深度要求,超低頻(SLF)通信系統投入研制。SLF系統的頻率範圍為30~300Hz,美國和俄羅斯等國采用76Hz和82Hz附近的典型頻率,可實現對水下超過80米的潛艇進行指揮通信,因此超低頻通信承擔著重要的戰略意義。但是,SLF系統的地基天線達幾十千米,拖曳天線長度也超過千米,發射功率為兆瓦級,通信速率低於1bp,僅能下達簡單指令,無法滿足高傳輸速率需求。

⒊ 水下無線射頻通信

射頻(RF)是對頻率高於10kHz,能夠輻射到空間中的交流變化的高頻電磁波的簡稱。射頻系統的通信質量有很大程度上取決於調制方式的選取。前期的電磁通信通常采用模擬調制技術,極大地限制了系統的性能。近年來,數字通信日益發展。相比於模擬傳輸系統,數字調制解調具有更強的抗噪聲性能、更高的信道損耗容忍度、更直接的處理形式(數字圖像等)、更高的安全性,可以支持信源編碼與數據壓縮、加密等技術,並使用差錯控制編碼糾正傳輸誤差。使用數字技術可將-120dBm以下的弱信號從存在的嚴重噪聲的調制信號中解調出來,在衰減允許的情況下,能夠采用更高的工作頻率,因此射頻技術應用於淺水近距離通信成為可能。這對於滿足快速增長的近距離高速信息交換需求,具有重大的意義。

對比其他近距離水下通信技術,射頻技術具有多項優勢:

⑴通信速率高。可以實現水下近距離,高速率的無線雙工通信。近距離無線射頻通信可采用遠高於水聲通信(50kHz以下)和甚低頻通信(30kHz以下)的載波頻率。若利用500kHz以上的工作頻率,配合正交幅度調制(QAM)或多載波調制技術,將使100kbps以上的數據的高速傳輸成為可能。

⑵抗噪聲能力強。不受近水水域海浪噪聲、工業噪聲以及自然光輻射等幹擾,在渾濁、低可見度的惡劣水下環境中,水下高速電磁通信的優勢尤其明顯。

⑶水下電磁波的傳播速度快,傳輸延遲低。頻率高於10kHz的電磁波,其傳播速度比聲波高100倍以上,且隨著頻率的增加,水下電磁波的傳播速度迅速增加。由此可知,電磁通信將具有較低的延遲,受多徑效應和多普勒展寬的影響遠遠小於水聲通信。

⑷低的界面及障礙物影響。可輕易穿透水與空氣分界面,甚至油層與浮冰層,實現水下與岸上通信。對於隨機的自然與人為遮擋,采用電磁技術都可與陰影區內單元順利建立通信連接。

⑸無須精確對準,系統結構簡單。與激光通信相比,電磁通信的對準要求明顯降低,無須精確的對準與跟蹤環節,省去復雜的機械調節與轉動單元,因此電磁系統體積小,利於安裝與維護。

⑹功耗低,供電方便。電磁通信的高傳輸比特率使得單位數據量的傳輸時間減少,功耗降低。同時,若采用磁禍合天線,可實現無硬連接的高效電磁能量傳輸,大大增加了水下封閉單元的工作時間,有利於分布式傳感網絡應用。

⑺安全性高。對於軍事上已廣泛采用的水聲對抗幹擾免疫。除此之外,電磁波較高的水下衰減,能夠提高水下通信的安全性。

⑻對水生生物無影響。更加有利於生態保護。

⒋ 水下電磁波通信的新進展

水下低頻射頻通信雖然能實現長距離通信,但其發信臺站十分龐大,天線極長,抗毀能力差。1000公裏波長的超長波電臺,一般都用1/8波長天線,天線長度達到125公裏。例如,美國1986年建成並投入使用的超長波電臺天線橫亙135公裏。

為此,美DARPA欲采用新的方法,研究使用數百赫茲~3千赫茲的特低頻(ULF)電磁波和3~30千赫茲的甚低頻(VLF)電磁波在水下傳輸信號,項目名稱為“機械天線”(AMEBA)。其根本目的是開發微型、全新的ULF/VLF信號發射機,單兵在陸上、水中、地下均可攜帶。AMEBA項目研發經費約為2300萬美元,按計劃應於2017財年第3季度正式啟動,共分為三個階段,第一階段為期18個月,第二階段為期15個月,第三階段為期12個月,將在大約4年的時間裏推出產品。

近年來,美國在水下聲通信基礎技術領域取得了豐碩的成果,編碼技術、信道均衡技術、糾錯及安全傳輸方面均取得重大進展。同時在電磁通信、光通信等非聲通信基礎技術領域也開展了大量的研究工作,取得了一定的進展,為後續方案設計和研發奠定了良好的基礎。2016年末至2017年初,美海軍和DARPA等機構,面對實際作戰場景,在水下聲通信、無線電通信、光通信等領域均部署了重大應用項目。一方面得益於近年基礎技術的積累,一方面充分利用海軍、DARPA這些擅於利用創新思維、攻克瓶頸技術、形成顛覆性作戰能力的機構的優勢,上述重大項目落地指日可待,未來很可能突破水下通信和跨域通信的瓶頸。

二、水聲通信

水聲通信是其中最成熟的技術。聲波是水中信息的主要載體,己廣泛應用於水下通信、傳感、探測、導航、定位等領域。聲波屬於機械波(縱波),在水下傳輸的信號衰減小(其衰減率為電磁波的千分之一),傳輸距離遠,使用範圍可從幾百米延伸至幾十公裏,適用於溫度穩定的深水通信。

⒈ 水聲信道的特性

聲波在海面附近的典型傳播速率為1520m/s,比電磁波的速率低5個數量級,與電磁波和光波相比較,聲波在海水中的衰減小得多。

水聲通信系統的性能受復雜的水聲信道的影響較大。水聲信道是由海洋及其邊界構成的一個非常復雜的介質空間,它具有內部結構和獨特的上下表面,能對聲波產生許多不同的影響。

⑴多徑效應嚴重。當傳輸距離大於水深時,同一波束內從不同路徑傳輸的聲波,會由於路徑長度的差異,產生能量的差異和時間的延遲使信號展寬,導致波形的碼間幹擾。當帶寬為4kHz時,巧米的路徑差即會造成10毫秒的時延,使每個信號並發40個幹擾信號。這是限制數據傳輸速度並增加誤碼率的主要因素。

⑵環境噪聲影響大。幹擾水聲通信的噪聲包括沿岸工業、水面作業、水下動力、水生生物產生的活動噪聲,以及海面波浪、波濤拍岸、暴風雨、氣泡帶來的自然噪聲。這些噪聲會嚴重影響信號的信噪比。

⑶通信速率低。水下聲信道的隨機變化特性,導致水下通信帶寬十分有限。短距離、無多徑效應下的帶寬很難超過50kHz,即使采用16-QAM等多載波調制技術,通信速率只有Ikbps-20kbps。當工作於復雜的環境中,通信速率可能會低於Ikbps。

⑷多普勒效應、起伏效應等。由發送與接收節點間的相對位移產生的多普勒效應會導致載波偏移及信號幅度的降低,與多徑效應並發的多普勒頻展將影響信息解碼。水媒質內部的隨機性不平整,會使聲信號產生隨機的起伏,嚴重影響系統性能。

⑸其他。聲波幾乎無法跨越水與空氣的界面傳播;聲波受溫度、鹽度等參數影響較大;隱蔽性差;聲波影響水下生物,導致生態破壞。

⒉ 水聲通信技術

水聲信道一個十分復雜的多徑傳輸的信道,而且環境噪聲高帶寬窄可適用的載波頻率低以及傳輸的時延大。為了克服這些不利因素,並盡可能地提高帶寬利用效率,已經出現多種水聲通信技術。

⑴單邊帶調制技術。世界上第一個水聲通信系統是美國海軍水聲實驗室於1945年研制的水下電話,主要用於潛艇之間的通信。該模擬通信系統使用單邊帶調制技術,載波頻段為8~15kHz,工作距離可達幾公裏。

⑵頻移鍵控(FSK)。頻移鍵控的通信系統從上世紀70年代後期開始出現到目前,在技術上逐漸提高頻移鍵控需要較寬的頻帶寬度,單位帶寬的通信速率低,並要求有較高的信噪比。

⑶相移鍵控(PSK)。上世紀80年代初,水下聲通信中開始使用相移鍵控調制方式。相移鍵控系統大多使用差分相移鍵控方式進行調制,接收端可以用差分相幹方式解調。采用差分相幹的差分調相不需要相幹載波,而且在抗頻漂、抗多徑效應及抗相位慢抖動方面,都優於采用非相幹解調的絕對調相。但由於參考相位中噪聲的影響,抗噪聲能力有所下降。

近年來,水聲通信在以下兩個方面取得了很大的進步:

⑷多載波調制技術。

⑸多輸入多輸出技術。

⒊水聲通信的新突破

作為主要的水下通信方式,水聲通信的技術難度很大,核心問題就是由水聲信道的時變性和空變性所帶來的強幹擾問題,需采用有效的多普勒補償措施,確保低誤碼率,提高傳輸速率和通信距離,用於軍用目的還要考慮信息傳遞的安全和多址接入等問題。2017年水聲通信技術出現突破性發展,通信速率提高,通信距離增大,並頒布了首部水聲通信標準。

⑴韓國水聲通信技術現傳輸距離突破

2017年5月,韓國水下聲通信技術試驗實現傳輸距離突破,水深100米通信距離達到30千米,比現有技術傳輸距離提高了2倍以上。

⑵美國伯克利實驗室研發軌道角動量復用技術,實現深海水聲通信速率8倍提升

2017年6月,美國勞倫斯伯克利國家實驗室完成螺旋聲波多路復用技術陸上實驗,驗證了聲波信號高效並行傳輸技術可行性,實現通信速率8倍提升,為破解遠距離水聲通信速率低的難題提供了新途徑。

水聲通信(特別是200米及以上距離)的可用帶寬限制在20KHz以內的頻率範圍,這種低頻限制了數據傳輸率,只能達到每秒幾十kb的速度。研究人員創造性地采用了廣泛應用於電信和計算機網絡中的多路復用技術理念,將多路復用軌道角動量首次應用於聲學通信,在單個頻率上包裝更多的信道,顯著提高了信息傳輸速率。

這項研究在高速聲學通信方面具有巨大潛力。這項技術一旦應用,可成倍提高水聲通信容量,在海洋表面以下原本只能發送文字信息,而擴充容量後甚至可以傳輸高清電影。該創新方案將惠及潛水員、海洋調查船、遠程海洋監測器、深海機器人,為潛艇、無人潛航器等武器裝備水下通信能力帶來大幅躍升。

⑶北約推出首個國際層面認可的水下通信協議

北約於2017年5月2日推出首個國際層面認可的水下通信協議--JANUS協議。

JANUS協議實際是一套將信息編碼為聲音的方法,可以很方便地整合進軍用或民用、北約或非北約系統中,用於反潛戰、反水雷戰、海上保衛及搜救等行動。該協議的采納將改變不同國家、制造商的水下系統無法兼容的現狀。

三、水下量子通信

⒈ 水下激光通信

水下激光通信技術利用激光載波傳輸信息。由於波長450nm~530nm的藍綠激光在水下的衰減較其他光波段小得多,因此藍綠激光作為窗口波段應用於水下通信。藍綠激光通信的優勢是擁有幾種方式中最高傳輸速率。在超近距離下,其速率可到達100Mbps級。藍綠激光通信方向性好,接收天線較小。藍綠激光水下通信具有海水穿透能力強、數據傳輸速率快、方向性好、設備輕巧且抗截獲和抗核輻射影響能力好等優點,得到快速發展和廣泛研究業界和軍事部門一直在持續研究。

70年代初,水下激光技術的軍事研究開始受到重視。90年代初,美軍完成了初級階段的藍綠激光通信系統實驗。但激光通信目前主要應用於衛星對潛通信,水下收發系統的研究滯後。藍綠激光應用於淺水近距離通信存在固有難點:

⑴散射影響。水中懸浮顆粒及浮遊生物會對光產生明顯的散射作用,對於渾濁的淺水近距離傳輸,水下粒子造成的散射比空氣中要強三個數量級,透過率明顯降低。

⑵光信號在水中的吸收效應嚴重。包括水媒質的吸收、溶解物的吸收及懸浮物的吸收等。

⑶背景輻射的幹擾。在接收信號的同時,來自水面外的強烈自然光,以及水下生物的輻射光也會對接收信噪比形成幹擾。

⑷高精度瞄準與實時跟蹤困難。淺水區域活動繁多,移動的收發通信單元,在水下保持實時對準十分困難。並且由於激光只能進行視距通信,兩個通信點間隨機的遮擋都會影響通信性能。

由以上分析可知,由於固有的傳輸特性,水聲通信和激光通信應用於淺水領域近距離高速通信時受到局限。

目前,對潛藍綠激光通信最大穿透海水深度可達到600米,遠比甚低頻和特低頻等射頻信號強,且數據傳輸速率可達100Mb/s量級,遠高於射頻信號。其不足之處在於光源易被敵方的可視偵察手段探知,且通信設備復雜,技術難度較大。目前基本上尚處於研制、試用階段,前景難料。

2017年7月,業界在在藍綠激光水下無線通信中取得了突破性進展。日本國立海洋研究開發機構在日本防衛省的資金支持下在水深700米至800米的海洋環境完成了水下移動物體間藍綠激光無線通信,通信距離超過100米,通信速率達20MbB/s(這一速度可實時傳輸視頻畫面)。這預示著該技術向實用化又邁出堅實的一步。這一技術將來有望應用於海底探測等水下作業、海底觀測儀器與船舶及無人機之間的通信以及潛艇通信等軍事領域。

⒉ 水下中微子通信

中微子是一種穿透能力很強的粒子,靜止質量幾乎為零,且不帶電荷,它大量存在於陽光、宇宙射線、地球大氣層的撞擊以及巖石中,50年代中期,人們在實驗室中也發現了它。

通過實驗證明,中微子聚集運動的粒子束具有兩個特點:

⑴它只參與原子核衰變時的弱相互作用力,卻不參與重力、電磁力以及質子和中子結合的強相互作用力,因此,它可以直線高速運動,方向性極強;

⑵中微子束在水中穿越時,會產生光電效應,發出微弱的藍色閃光,且衰減極小。

采用中微子束通信,可以確保點對點的通信,它方向性好,保密性極強,不受電磁波的幹擾,衰減極小。據測定,用高能加速器產生高能中微子束,穿透整個地球後,衰減不足千分之一,也就是說,從南美洲發出的中微子束,可以直接穿透地球到達北京,而中間不需衛星和中繼站。另外,中微子束通信也可以應用到例如對潛等水下通信,發展前景極其廣闊,但由於技術比較復雜,目前還停留在實驗室階段。

⒊水下量子通信的新發展

量子通信技術是以單光子為信息載體,結合量子疊加和量子不可克隆等量子力學基本物理原理,和通信與系統、計算機科學,以及光科學與工程等學科交叉融合發展起來的新一代信息技術。量子通信有望幫助人類實現真正意義的無條件安全的保密通信,在未來的金融、軍事、公共信息安全等方面展現出極大的發展前景,已成為未來信息技術發展的重要戰略性方向之一。基於光纖和自由空間大氣信道的量子通信已經被證明是可行的,近年來得到了長足的發展。然而覆蓋了地球70%的海洋是否可以被用作量子信道仍然是未知的。缺少了海洋,全球化的量子通信網是不完整的。

不久前,上海交通大學金賢敏團隊成功實現了首個海水量子通信實驗,觀察到了光子極化量子態和量子糾纏可以在高損耗和高散射的海水中保持量子特性,國際上首次實驗驗證了水下量子通信的可行性,這標誌著向未來建立水下以及空海一體量子通信網絡邁出了重要一步。證明了量子通信技術不僅可以“上天、入地”,還可以“下海”。

首先,是海水對光的損耗問題。在海水中,很強的吸收和散射看起來對光的傳輸非常不利,這也是為什麽海水乍看起來並不是做為量子通信的好的介質。克服這個困難的方法是利用405nm的光子,這個波段位於海水的“藍綠窗口”,在此窗口內,海水的吸收較其他波段要弱。為了驗證海水作為量子通信信道的可行性,並不失一般性,他們在提取海水樣本時,均取自大連市到獐子島之間沿岸海域不同位置的表層海水(見下圖)。

其次,是量子態在海水中的抗幹擾能力。對應經典信息中的比特,量子比特是量子通信的基本單元。那經過海水信道之後,量子比特能否“存活”下來呢?實驗給出的回答是肯定的。研究人員利用光子的極化做編碼,海水是一種各向同性介質,因此不會有很強的退極化效應,這就為極化編碼的量子比特穿越海水提供了前提。實驗也驗證了光子的極化能在海水分子的多次碰撞中存活並傳輸,任何發生退極化的光子都可以通過濾波的方式予以濾除。

此外,此次實驗還利用量子過程層析來刻畫海水信道中初末態轉化的物理過程,實驗結果顯示海水信道的綜合作用類似於一個單位矩陣,即使經歷了海水巨大的信道損耗,只要有少量的單光子存活下來,極化編碼的光子只會丟失,而不會發生不可接受的量子比特翻轉,仍然可以被用於建立安全密鑰。

最後,我們實驗驗證了光子的糾纏特性能否在海水信道中保持下來。量子糾纏作為一種重要的資源,被廣泛應用於量子信息科學,包括量子通信、量子隱形傳態等。因此,研究海水對糾纏源品質影響,是探索未來海水量子通信實用化非常重要的一步。

四、水下無線通信的應用

海洋、湖泊等水下區域不但蘊含著豐富的資源,也與人類社會的發展構成直接的關聯。在傳統的陸空通信網絡日趨完善的今天,水下通信的應用正在逐漸增多。有纜通信方式使目標的活動區域大大受到限制,且安裝、使用、維護繁瑣昂貴,因此不適於水下節點間的動態通信。

水下通信一般是指水上實體與水下目標(潛艇、無人潛航器、水下觀測系統等)的通信或水下目標之間的通信。水下通信主要應用聲波、低頻無線電和光波作為信息載體。水下無線通信是以水為媒質,利用不同形式的載波傳輸數據、指令、語音、圖像等信息的技術,其應用方向主要有:

⑴潛水員、無人潛航器(AUV)、水下機器人等水下運動單元平臺間的信息交換。

⑵海岸檢測、水下節點的數據采集、導航與控制、水下生態保護監測等三維分布式傳感網應用。

⑶水下傳感網、水下潛航單元與水面及陸上控制或中轉平臺間的通信。可見,水下無線通信技術在民用、科研及軍事領域中前景廣闊。由於水下復雜的時空環境,通信系統的有效信息傳輸率往往成為瓶頸,這與不斷增長的水下通信需求形成矛盾。例如,潛航器的控制需要100bps以上的數據率,水下傳感組網的數據率需求將超過8kps,而傳輸聲音、圖像信息則需要更高的數據傳輸速率。由於傳播媒質的不同采用陸地、空氣中常用的微波、超短波通信方式,將帶來極大的衰減。因此,尋找更速的無線通信技術,成為水下通信研究領域的核心目標之一。

水下磁感應通信、水下中微子通信和引力波通信就是人們不斷探索發掘出的新型水下通信技術,具有更優良的性能潛質。磁感應通信是采用磁場為載體,通過改變磁場強度進行信息傳輸,水下磁感應通信具有隱蔽性強和傳輸速率高等特性優勢;中微子波束可以在任何物質裏以光速獨往獨來,水下中微子通信保密性極強,衰減極小,可讓相距遙遠的兩艘潛艇實施不間斷的通信連接,讓在深海任意深度活動的潛艇直接與陸上的指揮中心聯系,在未來將有重要的戰略用途,尤其在有線通信受到破壞、無線通信又遭受強烈幹擾的情況下;引力波是一種以光速傳播的橫波,具有很強的穿透力,沒有任何物質能阻擋住引力波的傳播,在水中傳播距離超過1000km,將是大有發展前景的未來水下通信技術。

近兩年來,業界和軍事部門在水聲通信、光通信、射頻通信等傳統水下通信領域的研究不斷取得突破性進展:美軍探索特低頻/甚低頻(ULF/VLF)水下通信技術新實現方法;美國業界在實驗室環境下實現了隱秘性很強的水下磁感應通信;2017年上海交通大學金賢敏團隊成功完成了海水量子通信實驗,首次驗證了水下量子通信的可行性通信距離可達數百米,向未來建立水下及空海一體量子通信網絡邁出重要一步。

五、結語

水下無線通信有三大類:水下電磁波通信、水聲通信和水下量子通信,它們具有不同的特性及應用場合。

雖然電磁波在水中的衰減較大,但受水文條件影響甚微,使得水下電磁波通信相當穩定。水下電磁波通信的發展趨勢為:既要提高發射天線輻射效率,又要增加發射天線的等效帶寬,使之在增加輻射場強的同時提高傳輸速率;應用微弱信號放大和檢測技術抑制和處理內部和外部的噪聲幹擾,優選調制解調技術和編譯碼技術來提高接收機的靈敏度和可靠性。此外,已有些學者在研究超窄帶理論與技術,力爭獲得更高的頻帶利用率;也有學者正尋求能否突破香農極限的科學依據。

由於聲波在水中的衰減最小,水聲通信適用於中長距離的水下無線通信。在目前及將來的一段時間內,水聲通信是水下傳感器網絡當中主要的水下無線通信方式。但是水聲通信技術的數據傳輸率較低,因此通過克服多徑效應等不利因素的手段,達到提高帶寬利用效率的目的將是未來水聲通信技術的發展方向。

水下光通信具有數據傳輸率高的優點,但是水下光通信受環境的影響較大克服環境的影響是將來水下光通信技術的發展方向。

上海交通大學金賢敏團隊成功實現首個海水量子通信實驗,在國際上首次驗證了水下量子通信的可行性,為量子通信技術上天、入地、下海的未來圖景添上了濃墨重彩的一筆。金賢敏團隊的實驗結果顯示,可預期的水下量子通信最遠距離可達數百米,足以對水下百米量級的潛艇和傳感網絡節點等進行保密通信,從而在軍事和高商業機密領域大顯身手。

他們在實驗中選擇光子的極化作為信息編碼載體,並通過模擬證明,即使經歷了海水巨大的信道損耗,極化編碼的光子也只會丟失,而不會發生量子比特翻轉,也就是說,只要存留下少量單光子,仍可被用於建立安全密鑰。期待在不久的將來,可實用的水下、空海一體的量子通信時代就會到來。

水下通信技術的分類、特征、應用及其最新研究進展