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水下光通訊技術實現資料與能量的雙傳輸

近年來,科學家們在利用光在空氣中傳播資訊和資料,甚至遠距離給各種各樣的裝置供電上,已經取得了很大的進展。然而,在水下要實現這樣的目標就顯得有點不那麼容易達到了。

最近,土耳其與美國的科研人員發展了一個新的方法,可以在利用光實現在水下同時進行資料與能量的傳輸。

水下光通訊技術實現資料與能量的雙傳輸

海洋中充滿了豐富的資源以及等待探索的奧秘。隨著海洋的大力開發,需要部署越來越多的水下感測器網路來收集資訊。目前,在水下遠端傳輸訊號的最常見方法是透過聲波,因為它很容易在水中長距離傳播。然而,聲波不能像光一樣攜帶大量的資料。

可見光通訊可以提供超出傳統聲學技術能力的數個數量級的資料速率,特別適合新興的對頻寬要求很高的的水下應用場景。

水下光通訊技術實現資料與能量的雙傳輸

另一方面,在水下為感測器和其他裝置供電是另一個挑戰,因為在海洋環境中更換電池特別困難。幸運的是,任何使用太陽能電池板透過光訊號接收資料的裝置也可以同時用於收集能量。在這種情況下,經過感測器的自主水下航行器可以使用鐳射來收集資料並將電力傳輸到裝置。

目前,最有效的方法是將來自光訊號的功率分為交流 (AC) 和直流 (DC),其中交流訊號用於傳輸資料,直流訊號用於用作電源。這稱為 AC-DC 分離 (ADS) 方法。

然而,科學家一直在嘗試建立一種不同的方法,根據需要在能量收集和資料傳輸之間進行戰略性切換以最佳化效能。這種方法稱為同時光波資訊和能量傳輸 (simultaneous lightwave information and power transfer, SLIPT)。然而,SLIPT 技術不僅很複雜,其在效率方面直到現在並沒有超越傳統的 ADS 方法。

最近,科學家開發了一種新的SLIPT最佳化演算法,可以更有效地從光譜中提取能量,這使得新的SLIPT最佳化方法顯著優於傳統的ADS方法。

水下光通訊技術實現資料與能量的雙傳輸

儘管海水中的電導率、溫度、壓力、水流和生物汙染現象對水下通訊帶來了額外的挑戰,但利用光來進行無線電能的可行性已經在水下環境中得到了成功的證明。

華創芯光堅信可見光通訊的商業化將是必然趨勢,可見光通訊的不斷髮展將為水下調變解調器帶來質的飛躍。因此,未來方向是探索最佳化水下自主航行器軌跡的方法,這些航行器透過可見光通訊技術,有朝一日可以穿越世界海洋的廣闊領域。

分類: 歷史
時間: 2022-01-03

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