蓝牙可以通过水传播

<h1>无线通信突破了水上障碍</h1>
<blockquote>测试水</blockquote>
<h2>蓝牙可以通过水传播</h2>
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<h2>无线通信突破了水上障碍</h2>
在麻省理工学院研究人员开发的新型系统中，水下声纳信号会引起振动，可以由空降接收器解码.
Rob Matheson |麻省理工学院新闻办公室
发布日期：
2018年8月22日
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标题：麻省理工学院媒体实验室研究人员设计了一个系统，允许水下和空降传感器直接共享数据. 水下发射器将声纳信号引导到水面，导致微小的振动，与1s和0s相对应. 在表面上方，高度敏感的接收器读取这些微小的干扰并解码声纳信号.
学分：图片：Christine Daniloff/MIT
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麻省理工学院媒体实验室研究人员设计了一个系统，该系统允许水下和空降传感器直接共享数据. 水下发射器将声纳信号引导到水面，导致微小的振动，与1s和0s相对应. 在表面上方，高度敏感的接收器读取这些微小的干扰并解码声纳信号.
图片：Christine Daniloff/MIT
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麻省理工学院的研究人员已迈出了解决无线通信的长期挑战的一步：水下和机载设备之间的直接数据传输.
如今，水下传感器无法与土地上的数据共享数据，因为两者都使用不同的无线信号，这些信号仅在其各自的介质中起作用. 通过空气传播的无线电信号在水中很快死亡. 由水下设备发送的声信号或声纳大部分是从表面上反射出来而不会突破的. 这会导致效率低下和其他问题，例如海洋勘探和海底沟通.
在本周的Sigcomm会议上发表的论文中，麻省理工学院媒体实验室研究人员设计了一个以新颖方式解决此问题的系统. 水下发射器将声纳信号引导到水面，导致微小的振动，与1s和0s相对应. 在表面上方，高度敏感的接收器读取这些微小的干扰并解码声纳信号.
“试图用无线信号越过空气边界是一个障碍. 我们的想法是将障碍本身转变为通信的媒介。”媒体实验室的助理教授Fadel Adib说，他正在领导这项研究. 他与他的研究生Francesco Tonolini合着了该论文.
Adib说，该系统称为“转化声 – RF通信”（TARF），仍处于早期阶段。. 他说，但这代表了一个“里程碑”，可以在水上通信中开放新的能力. 例如，使用该系统，军事潜艇不需要浮出水面即可与飞机通信，从而损害了他们的位置. 监视海洋生物的水下无人机无需不断从深度潜水中重新浮出水面即可将数据发送给研究人员.
另一个有希望的应用程序是协助搜索在水下缺失的飞机. “可以用飞机的黑匣子实现声传输信标，”阿迪布说. “如果偶尔会偶尔发出信号，您可以使用系统拾取该信号.透明
解码振动
当今这个无线通信问题的技术解决方法遭受了各种缺点. 例如，浮标已被设计为拾起声浪，处理数据并向机载接收器拍摄无线电信号. 但是这些可能会消失并迷失. 许多人还需要覆盖大面积，使其不切实际地说，例如海底通信.
TARF包括一个水下声学发射器，该发射器使用标准声音扬声器发送声纳信号. 信号随着对应于不同数据位的不同频率的压力波传播. 例如，当发射器想要发送0时，它可以传输以100赫兹行驶的波浪；对于1，它可以传输200赫兹波. 当信号撞击表面时，它会导致水中的微小波纹，仅几微米，与这些频率相对应.
为了达到高数据速率，该系统同时传输多个频率，该频率是在无线通信中使用的调制方案（称为正交频段多路复用）上的. 这使研究人员一次传输数百位.
位于发射器上方的空气中是一种新型极高的高频雷达，在30至300 gigahertz之间处理毫米无线变速器中的信号. （这就是即将到来的高频5G无线网络的乐队.）
雷达看起来像一对圆锥，传递一个无线电信号，该信号从振动表面反射并反弹回到雷达. 由于信号与表面振动碰撞的方式，信号以略微调制的角度返回，这与声纳信号发送的数据位完全对应. 例如，在代表0位的水面上的振动将导致反射的信号在100 Hertz处振动.
阿迪布说：“雷达的反射会有所不同。. “通过拾取这些微小的角度变化，我们可以拾取与声纳信号相对应的这些变体.透明
听“耳语”
一个主要挑战是帮助雷达检测水面. 为此，研究人员采用了一种检测环境中思考的技术，并通过距离和力量组织. 由于水在新系统的环境中具有最强大的反射，因此雷达知道与表面的距离. 一旦确定，它就会放大该距离的振动，忽略附近的所有其他干扰.
下一个主要的挑战是捕获千分尺的波浪，周围被大量自然波浪包围. 在平静的日子里，最小的海洋波纹被称为毛细管波，只有大约2厘米的高，但比振动大100,000倍. 更粗糙的海洋可以产生海浪大100万倍. “这干扰了水面的微小声振动，”阿迪布说. “好像有人在尖叫，你在试图同时听到有人在窃窃私语.透明
为了解决这个问题，研究人员开发了复杂的信号处理算法. 自然波发生在大约1或2个赫兹（Hertz. 但是，100至200赫兹的声纳振动快了一百倍. 由于这种频率差，算法在快速移动波上零零，而忽略了较慢的波浪.
测试水
研究人员将TARF通过500次测试，在水箱和MIT校园的两个不同的游泳池中进行.
在储罐中，将雷达放置在表面上方20厘米至40厘米的范围内，并将声纳发射器从5厘米至70厘米以下. 在池中，将雷达放置在表面以上约30厘米的位置，而发射器则浸入约3个.下方5米. 在这些实验中，研究人员还让游泳者创造波浪，大约16厘米.
在这两种情况下，TARF都能够准确地解码各种数据，例如句子：“您好! 从水下开始” – 每秒数百位，类似于水下通信的标准数据速率. 阿迪布说：“即使有游泳者游泳并引起干扰和水流，我们也能够快速，准确地解码这些信号。”.
但是，在高于16厘米的海浪中，系统无法解码信号. 接下来的步骤是，除其他外，还要完善系统以在更粗糙的水域中工作. “它可以处理平静的日子，并处理某些水扰. 但是[使其实用]我们需要在所有日子和所有天气中工作。” Adib说.
“ TARF是第一个证明使用雷达从空中接收水下声学传播是可行的，”加州大学圣地亚哥大学计算机科学与工程学助理教授Aaron Schulman说。. “我希望这种新的雷达声学技术将使依赖水下声学的领域的研究人员受益（例如，海洋生物学），并将激发科学界的研究，调查如何使雷达 – 声学联系实用和牢固。.透明
研究人员还希望他们的系统最终能够使空降的无人机或飞机飞过水面，以不断地拾起并解码声纳信号，因为它可以放大.
这项研究得到了国家科学基金会的部分支持.