麻省理工学院的研讨人员现已朝着处理无线通讯的长时刻应战向前迈出了一步 : 水下和空中设备之间的直接数据传输。
现在，水下传感器无法与陆地传感器同享数据，因为两种传感器运用只在各自的介质中作业不同无线信号。经过空气传达的无线电信号在水中很快就会消失。水下设备宣布的声波信号，或称声纳，基本上会被水面反射回去，而不会穿透水面。这导致了各种运用的功率低下和其他问题，例如海洋勘探和水下 - 地上通讯。
在本周 SIGCOMM 会议上宣布的一篇论文中，麻省理工学院媒体试验室的研讨人员规划了一个体系，以一种新颖的办法处理了这个问题。水下发射器将声纳信号传送到水面，引起水面细小的轰动。在水面上，一个高度灵敏的接纳器读取这些细小的轰动并解码声纳信号。
媒体试验室的助理教授，领导这项研讨的 Fadel Adib 说：" 企图让无线信号跨过空气 - 水鸿沟一直是一个妨碍。咱们的主意是将妨碍自身转化为一种通讯的前言。" 他与研讨生 Francesco Tonolini 一起撰写了这篇论文。
Adib 说，这个被称为 " 翻译声学 - 射频通讯 " ( TARF ) 的体系仍处于前期阶段。但它代表了一个 " 里程碑 "，他说，这可能会敞开新的水下 - 空中通讯办法。例如，运用这种体系，军用潜艇就不需求浮出水面与飞机进行通讯，然后露出它们的方位。监测海洋生物的水下无人潜水飞机不需求从深海不断地从头浮出水面，向研讨人员发送数据。
另一个有远景的运用是协助搜索在水下失踪的潜水飞机。Adib 说 :" 声学发射信标能够在飞机的黑匣子中进行。假如它每隔一段时刻就发送一次信号，你就能运用这个体系接纳到信号。"
解读振荡信息
今天在这个无线通讯问题上的技能处理计划有许多缺陷。例如，浮标被规划用来接纳声纳波，处理数据，并向机载接纳器发射无线电信号。但它们可能会漂走并消失。许多浮标还被要求掩盖大面积的区域，这使得它们在水下 - 水面通讯等方面不可行。
TARF 包含一个水下声响发射器，它运用一个规范的声学扬声器发送声纳信号。信号以不同频率的压力波的办法传达，并对应于不同的数据位。例如，当发射器想发送 0 时，它能够发送以 100 赫兹传达的波 ; 关于 1，它能够发送 200 赫兹的波。当信号抵达水面时，会在水中发生细小的波纹，高度只需几微米，与这些频率相对应。
为了取得较高的数据传输速率，该体系在无线通讯中选用一种称为正交频分复用的调制计划，一起传输多个频率。这使得研讨人员能够一起传输数百位数据。
坐落发射器的上方空中的是一种新式的极高频雷达，它在 30 至 300 千兆赫之间的无线传输毫米波频谱中处理信号。 ( 这就是行将到来的高频 5G 无线网络即将运转的频段。 )
这台看起来像两个圆锥的雷达发射无线电信号，然后反射振荡水面并终究反射回雷达。因为信号与外表振荡的磕碰办法，信号回来的视点略有调整，与声纳信号发送的数据位完全一致。例如，水面上的一个 0 比特的振荡会导致反射信号的视点以 100 赫兹振荡。
Adib 说 :" 只需有任何办法的位移，比方水面上的位移，雷达反射就会有所不同。经过捕捉这些细小的视点改变，咱们能够捕捉到与声纳信号对应的这些改变。"
捕捉细小振荡
一个要害的应战是协助雷达勘探水面。为了做到这一点，研讨人员运用了一种能够勘探环境中反射的技能，并经过间隔和功率来安排反射。因为水在新体系环境中有最强壮的反射，雷达能够勘探到水面的间隔。一旦建立起来，它就会扩大那个间隔上的振荡，而疏忽了周围一切的搅扰。
下一个首要应战是捕捉被更大的天然波围住的微米波。在安静的日子里，最小的海洋涟漪，被称为毛细管波，只需 2 厘米高，但比发射器发生的水面轰动大 10 万倍。波涛汹涌的海洋能够发生比它大 100 万倍的波浪。" 这搅扰了水面细小的声波振荡，"Adib 说。" 就好像有人在尖叫，而你却一起企图想要听到有人交头接耳的内容。"
为了处理这个问题，研讨人员开发了杂乱的信号处理算法。天然波频率大约为 1 或 2 赫兹。但是，100 到 200 赫兹的声纳轰动要快 100 倍。因为这种频率差异，算法只重视快速移动的波，而疏忽慢速的波。
水域试验
研讨人员在麻省理工学院的一个水箱和两个不同的游水池中进行了 500 次 TARF 测验。
在水箱中，雷达被放置在水面 20 厘米到 40 厘米之间的上空，声纳发射器被放置在水面 5 厘米到 70 厘米之间。在水池中，雷达被放置在水面上空 30 厘米处，而发射器被则放置在水下 3.5 米处。在这些试验中，研讨人员还让游水者发生了高达 16 厘米的水浪。
在这两种情况下，TARF 都能够精确地解码各种数据——比方语句 "Hello!" ( 来自水下 ) - 每秒数百比特，类似于水下通讯的规范数据速率。Adib 说 :" 即便有游水者在邻近游水，形成搅扰和水流，咱们依然能够快速精确地解码这些信号。"
但是，在高于 16 厘米的水浪中，这个体系无法解码信号。接下来的过程包含，改善体系，使其在更恶劣水域环境下也能正常作业。" 它能在应对安静的水面，也能应对某些水波扰动。但 ( 为了使其切实可行 ) ，咱们需求这种办法在任何气候、任何时刻都能见效。
研讨人员还期望，他们的体系终究能让无人机或飞机在水面上快速飞行时能够不断地接纳和解码声纳信号。
这项研讨部分得到了美国国家科学基金会的支撑。
