英國蘇格蘭的Wireless Fiber systems（WFS）公司強調，開(kāi)發(fā)出了能夠穿過(guò)幾米～幾十米的水和土進(jìn)行無(wú)線(xiàn)通信的收發(fā)裝置。數據傳輸方式采用電磁波，“采用了與使用藍牙等數字調制的無(wú)線(xiàn)裝置基本相同的技術(shù)”（WFS）。
水和土此前一直被認為是電磁波基本無(wú)法穿過(guò)的介質(zhì)。那么該公司是怎樣讓電磁波在上述介質(zhì)中傳播呢？通信距離和數據傳輸速度如何？又能用于何種用途？日前，本站記者就這些問(wèn)題采訪(fǎng)了WFS公司Environmental&Industrial Division總經(jīng)理Ian Crowther。
——水中無(wú)線(xiàn)通信真的能實(shí)現嗎？利用的電波頻率和產(chǎn)品數據傳輸速度又是多少如何？
20世紀70～80年代曾一度研究過(guò)水中通信。但當時(shí)的信號處理技術(shù)只能采用模擬技術(shù)，因此還沒(méi)到能夠實(shí)際應用的程度就被中止了。從這些經(jīng)歷中，人們普遍認為“電波不能在水中傳播”。但這種認識是錯誤的。水是相對導磁率約為1，相對介電常數約為80的高電介質(zhì)。如果是MHz以下的較低頻率電波，就能短距離傳播。如果利用最新的數字通信技術(shù)，而且能選擇合適的用途，則可以完全實(shí)現水中通信。與其說(shuō)開(kāi)發(fā)出了什么特別的技術(shù)，倒不如說(shuō)我們的優(yōu)勢在于發(fā)現了其中商業(yè)潛力。
利用的電波頻率因設備和用途而異。比如，本公司的“Seatooth”（型號：S5510）利用100k～200kHz的頻率，在水中能以 100kbps的速度最大通信10m的距離。如果提高頻率的話(huà)，從技術(shù)上來(lái)說(shuō)速度最大可達1Mbps，本公司認為將來(lái)能夠提高至10Mbps左右。 Seatooth這個(gè)名字是因為該技術(shù)與通信距離約為10m、數據傳輸速度約為幾百k～1Mbps的藍牙相似而命名的。
另外，“SeaText”（型號：S1510）利用的是幾kHz以下的低頻率，因此通信距離更長(cháng)，在水中能以100bit/秒的速度通信30m。當然，由于電波在空中能更長(cháng)距離傳播，如果在淺海區或較淺的池塘等，水底的傳感器可以與數百米遠的岸上進(jìn)行通信。
具體用途方面，Seatooth可用于比如在船上或冰車(chē)上遠程操作無(wú)人小型潛艇，與潛艇間通信、或者大型潛艦對接時(shí)的通信等。Seatext可用于英國南部等被海浪侵蝕的場(chǎng)所的海岸線(xiàn)監控，以及利用河底的傳感器進(jìn)行的水質(zhì)檢測。除了水之外，土壤也能傳播電波，因此還可用于埋入地下的下水管雨量傳感器等。
在水中的傳輸速度為100kbps、通信距離約為10m的Seatooth。天線(xiàn)為環(huán)狀天線(xiàn)。
在水中的傳輸速度為100bps、通信距離約為30m的Seatext。
順便說(shuō)一句，通信所需的傳感器的耗電量方面，5～10mW即可進(jìn)行一次水中通信。這樣的話(huà)，即使每天進(jìn)行4次100kbps的通信，電池也能使用1年左右。如果與鋪設線(xiàn)纜所需的工夫和成本相比，更換傳感器或電池相對容易。
——此前應該是利用聲波在水中傳播信息的。使用電波有什么好處嗎？
聲波如果在離岸較近的地方會(huì )反射到岸上，會(huì )有很多雜音。即使不是這樣也還是會(huì )有很多噪音，數據傳輸速度無(wú)法提高。很難實(shí)現像電波一樣的1Mbps速度。但聲波的優(yōu)點(diǎn)是傳播距離較遠。因此，電波雖然速度快，但只適合用于短距離水中通信，而聲波雖然速度慢但適合長(cháng)距離水中通信，二者為互補關(guān)系。但水陸間通信方面，在水面上聲波大部分會(huì )反射到岸上，因此不適合水陸通信，所以只能利用電波。
——有沒(méi)有顯示電波在水中的傳播情況的數據？
有。比如，頻率和傳播距離的關(guān)系如圖1所示。不過(guò)，同一頻率在淡水和在海水中的傳播距離大不相同。因為導電率σ的值不同。淡水的σ值為0.01S/m以下，而海水則為4S/m，因此海水中的通信距離較短。
WFS的總經(jīng)理Crowther
頻率和傳播速度的關(guān)系也很有趣(圖2）。如果σ為0，則傳播速度與頻率無(wú)關(guān)，為固定值。如果無(wú)法忽略σ值時(shí)，則傳播速度與頻率的比例為1/2的乘方。 σ值較大的海水中的傳播速度變得更慢。聲波的傳播速度即使在水中也與頻率無(wú)關(guān)，基本是固定值，但速度慢。傳播速度快是利用電波的一大好處。（記者：野澤哲生）
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