南京邮电大学展示太空、空中与海洋全光通信网络技术

近期，南京邮电大学研究人员展示了一种通信网络原型，该网络可以完全以光波通过太空、空气和水传输和接收数据……

太空、空中和海洋：全光通信网络可实现不同环境之间的无缝连接。该技术结合了用于控制无人水下航行器 (UUV) 的蓝光通信 (BLC)、白光通信 (WLC)、用于无人机 (UAV) 的深紫外通信以及与卫星的激光二极管通信 (LC)。(图片来源：Optics Express)

南京邮电大学研究人员展示了一种通信网络原型，该网络可以完全以光波通过太空、空气和水传输和接收数据。如果成功扩大规模，新的网络设计可能会有多种应用，如导航、生态监测、遥感、紧急救援和连接所谓“物联网”内的设备。

当今许多光通信网络的设计只适用于一种介质：水下、陆地、太空或空中。创建一个可以在所有这些环境中运行的单一系统并非易事，因为每种环境的要求都不同。因此，满足这些要求意味着结合多种技术。

现在，由南京邮电大学微电子专家王永进教授和苏州照明芯单片光电技术有限公司领导的团队已经实现了这一目标，他们采用四种不同的光源在任何环境中建立同步无线光通信链路。

“我们的新无线网络实现了跨环境的不间断连接，促进了在网络内和网络之间进行通信和数据交换的网络节点之间的双向实时数据传输。” 王永进表示 。

四个全双工无线光通信链路

对于网络的水下部分，研究人员选择了蓝光，因为海水对电磁波谱的这一部分的吸收较少，这意味着光可以传播得更远。为了与无人机等机载设备通信，他们使用了深紫外光，因为它可以提供“日盲”通信，不会受到阳光的干扰。

对于其他空中应用，他们使用无线白光通信，而对于自由空间中的点对点通信，他们选择了近红外激光二极管。这些二极管以高光功率向一个方向发射光，再次使信号传播得更远。

网络运行情况原型：(a) 游泳池中蓝光通信 (BLC) 链路形成的水下信道。(b) 白光通信 (WLC) 链路形成的照明期间通信。(c) 深紫外通信 (DUVC) 链路形成的日盲通信。(d) 激光二极管通信 (LC) 链路形成的自由空间通信。(e) 网络照片展示 T1 和 T5 之间的全双工实时视频通信。(资料来源：Optics Express )

“我们的网络由这四条全双工无线光通信链路组成，它们通过以太网交换机串联起来，” 王永进解释道。“全光通信网络既可以通过有线访问，也可以通过无线访问，从而提供灵活的连接选项。”

王永进还表示，分离不同的光带还可以防止信号干扰，这意味着网络可以同时传输许多信号而不会影响性能。网络可以通过调制解调器连接到互联网，例如，允许身处偏远海洋地区的人们访问骨干网络以共享信息。而且，还允许通过广泛使用的 TCP/IP(转换控制协议/互联网协议)套件进行视频会议和其他传输，使其也适用于物联网应用。

“例如，当一个 2560 × 1440 像素的在线视频以每秒 22 帧的速度输入网络时，从任何节点访问网络的用户都可以观看此视频，几乎没有延迟。”

从单一通信系统到网络

王永进教授及其研究团队认为，全光通信网络是一项“重大突破”，它应该能够实现从单一无线光通信系统到多个无线光通信系统的网络过渡。这种网络可以抵抗电磁干扰 (EMI)，因此特别适合与水下设备和无人机集群进行通信。

“这就是为什么我们要在网络中集成移动节点，而不是像现在这样集成固定节点，”王教授解释道。“然而，这并不容易，因为它需要解决‘光校准’和网络建立速度的挑战。”

此外，研究团队还计划使用一种称为波分复用的技术来提高通信网络的吞吐量。他们表示，这将消除使用近红外激光二极管带来的延迟，从而提高网络的整体效率和性能。