英国WFS：“在水中也能进行无线通信”

　　英国苏格兰的Wireless Fiber systems（WFS）公司强调，开发出了能够穿过几米～几十米的水和土进行无线通信的收发装置。数据传输方式采用电磁波，“采用了与使用蓝牙等数字调制的无线装置基本相同的技术”（WFS）。 

　　水和土此前一直被认为是电磁波基本无法穿过的介质。那么该公司是怎样让电磁波在上述介质中传播呢？通信距离和数据传输速度如何？又能用于何种用途？日前，本站记者就这些问题采访了WFS公司Environmental&Industrial Division总经理Ian Crowther。 

——水中无线通信真的能实现吗？利用的电波频率和产品数据传输速度又是多少如何？ 

　　20世纪70～80年代曾一度研究过水中通信。但当时的信号处理技术只能采用模拟技术，因此还没到能够实际应用的程度就被中止了。从这些经历中，人们普遍认为“电波不能在水中传播”。但这种认识是错误的。水是相对导磁率约为1，相对介电常数约为80的高电介质。如果是MHz以下的较低频率电波，就能短距离传播。如果利用最新的数字通信技术，而且能选择合适的用途，则可以完全实现水中通信。与其说开发出了什么特别的技术，倒不如说我们的优势在于发现了其中商业潜力。 

　　利用的电波频率因设备和用途而异。比如，本公司的“Seatooth”（型号：S5510）利用100k～200kHz的频率，在水中能以 100kbps的速度最大通信10m的距离。如果提高频率的话，从技术上来说速度最大可达1Mbps，本公司认为将来能够提高至10Mbps左右。 Seatooth这个名字是因为该技术与通信距离约为10m、数据传输速度约为几百k～1Mbps的蓝牙相似而命名的。 

　　另外，“SeaText”（型号：S1510）利用的是几kHz以下的低频率，因此通信距离更长，在水中能以100bit/秒的速度通信30m。当然，由于电波在空中能更长距离传播，如果在浅海区或较浅的池塘等，水底的传感器可以与数百米远的岸上进行通信。 

　　具体用途方面，Seatooth可用于比如在船上或冰车上远程操作无人小型潜艇，与潜艇间通信、或者大型潜舰对接时的通信等。Seatext可用于英国南部等被海浪侵蚀的场所的海岸线监控，以及利用河底的传感器进行的水质检测。除了水之外，土壤也能传播电波，因此还可用于埋入地下的下水管雨量传感器等。 

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在水中的传输速度为100kbps、通信距离约为10m的Seatooth。天线为环状天线。

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在水中的传输速度为100bps、通信距离约为30m的Seatext。

　　顺便说一句，通信所需的传感器的耗电量方面，5～10mW即可进行一次水中通信。这样的话，即使每天进行4次100kbps的通信，电池也能使用1年左右。如果与铺设线缆所需的工夫和成本相比，更换传感器或电池相对容易。 

——此前应该是利用声波在水中传播信息的。使用电波有什么好处吗？ 

　　声波如果在离岸较近的地方会反射到岸上，会有很多杂音。即使不是这样也还是会有很多噪音，数据传输速度无法提高。很难实现像电波一样的1Mbps速度。但声波的优点是传播距离较远。因此，电波虽然速度快，但只适合用于短距离水中通信，而声波虽然速度慢但适合长距离水中通信，二者为互补关系。但水陆间通信方面，在水面上声波大部分会反射到岸上，因此不适合水陆通信，所以只能利用电波。 

——有没有显示电波在水中的传播情况的数据？ 

　　有。比如，频率和传播距离的关系如图1所示。不过，同一频率在淡水和在海水中的传播距离大不相同。因为导电率σ的值不同。淡水的σ值为0.01S/m以下，而海水则为4S/m，因此海水中的通信距离较短。

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WFS的总经理Crowther

　　频率和传播速度的关系也很有趣(图2）。如果σ为0，则传播速度与频率无关，为固定值。如果无法忽略σ值时，则传播速度与频率的比例为1/2的乘方。 σ值较大的海水中的传播速度变得更慢。声波的传播速度即使在水中也与频率无关，基本是固定值，但速度慢。传播速度快是利用电波的一大好处。（记者：野泽哲生）