英國蘇格蘭的Wireless Fiber systems（WFS）公司強(qiáng)調(diào)，開發(fā)出了能夠穿過幾米～幾十米的水和土進(jìn)行無線通信的收發(fā)裝置。數(shù)據(jù)傳輸方式采用電磁波，“采用了與使用藍(lán)牙等數(shù)字調(diào)制的無線裝置基本相同的技術(shù)”（WFS）。
水和土此前一直被認(rèn)為是電磁波基本無法穿過的介質(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(shù)據(jù)傳輸速度如何？又能用于何種用途？日前，本站記者就這些問題采訪了WFS公司Environmental&Industrial Division總經(jīng)理Ian Crowther。
——水中無線通信真的能實(shí)現(xiàn)嗎？利用的電波頻率和產(chǎn)品數(shù)據(jù)傳輸速度又是多少如何？
20世紀(jì)70～80年代曾一度研究過水中通信。但當(dāng)時(shí)的信號(hào)處理技術(shù)只能采用模擬技術(shù)，因此還沒到能夠?qū)嶋H應(yīng)用的程度就被中止了。從這些經(jīng)歷中，人們普遍認(rèn)為“電波不能在水中傳播”。但這種認(rèn)識(shí)是錯(cuò)誤的。水是相對(duì)導(dǎo)磁率約為1，相對(duì)介電常數(shù)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(shù)字通信技術(shù)，而且能選擇合適的用途，則可以完全實(shí)現(xiàn)水中通信。與其說開發(fā)出了什么特別的技術(shù)，倒不如說我們的優(yōu)勢在于發(fā)現(xiàn)了其中商業(yè)潛力。
利用的電波頻率因設(shè)備和用途而異。比如，本公司的“Seatooth”（型號(hào)：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，從技術(shù)上來說速度最大可達(dá)1Mbps，本公司認(rèn)為將來能夠提高至10Mbps左右。 Seatooth這個(gè)名字是因?yàn)樵摷夹g(shù)與通信距離約為10m、數(shù)據(jù)傳輸速度約為幾百k～1Mbps的藍(lán)牙相似而命名的。
另外，“SeaText”（型號(hào)：S1510）利用的是幾kHz以下的低頻率，因此通信距離更長，在水中能以100bit/秒的速度通信30m。當(dāng)然，由于電波在空中能更長距離傳播，如果在淺海區(qū)或較淺的池塘等，水底的傳感器可以與數(shù)百米遠(yuǎn)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上遠(yuǎn)程操作無人小型潛艇，與潛艇間通信、或者大型潛艦對(duì)接時(shí)的通信等。Seatext可用于英國南部等被海浪侵蝕的場所的海岸線監(jiān)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。天線為環(huán)狀天線。
在水中的傳輸速度為100bps、通信距離約為30m的Seatext。
順便說一句，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，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(shè)線纜所需的工夫和成本相比，更換傳感器或電池相對(duì)容易。
——此前應(yīng)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(shù)據(jù)傳輸速度無法提高。很難實(shí)現(xiàn)像電波一樣的1Mbps速度。但聲波的優(yōu)點(diǎn)是傳播距離較遠(yuǎn)。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距離水中通信，二者為互補(bǔ)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。
——有沒有顯示電波在水中的傳播情況的數(shù)據(jù)？
有。比如，頻率和傳播距離的關(guān)系如圖1所示。不過，同一頻率在淡水和在海水中的傳播距離大不相同。因?yàn)閷?dǎo)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關(guān)，為固定值。如果無法忽略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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