水下通訊比月球通訊難，基於Raspberry Pi的低成本水下通訊數據機SubSeaPulse帶來革命性技術

水下通訊是一項艱難的任務。由於水的物理特性，在海洋中與潛水艇和感測器通訊通常比向月球的靜海發送訊號更為困難。

因此，大多數水下通訊都是透過聲波進行的。聲波訊號雖然比無線電或光學訊號慢，但在水下的傳播距離更遠。然而，水下聲學通訊所需的專用硬體和軟體價格昂貴。數據機本身的價格通常超過 10,000 美元（約台幣32萬）。

為了讓水下聲學通訊變得更為普及，義大利帕多瓦大學的研究人員正在開發兩種關鍵且昂貴的水下通訊零件的低成本替代方案：數據機（發射器/接收器）和轉換器（天線）。

到了11月，由 Filippo Campagnaro 和 Michele Zorzi 領導的研究人員計劃透過他們的新創公司 SubSeaPulse SRL 開始銷售他們的數據機，價格大約是市場上其他數據機的十分之一。SubSeaPulse 數據機由三層組成：Raspberry Pi 基礎層、負責產生和記錄音訊訊號的聲卡硬體附件，以及前端。

該團隊還在研發傳統轉換器的低成本版本，傳統轉換器的價格可能超過 2,000 美元一個。他們的轉換器將使用一種經過改良的裝置將能量轉換為聲學訊號（反之亦然），這種裝置通常用於聆聽海洋哺乳動物，價格約為 400 美元。

▲ SubSeaPulse 的新型水下數據機是基於 Raspberry Pi 。 圖片來源：帕多瓦大學

為何水下聲學通訊如此昂貴？

水下通訊的高昂成本在很大程度上將其應用領域限制在國防和近海石油與天然氣領域。但 SubSeaPulse 的技術可能會擴大其應用範圍。例如，一些研究人員在沿海地區使用水下感應器來研究氣候變化、監測污染或追踪生物多樣性。「這裡存在一個巨大的技術差距需要填補。」Campagnaro 說。

▲ 研究人員在義大利的一條河流中測試了水下數據機。圖片來源：帕多瓦大學

「水下通訊的主要問題是數據機的成本，」Zorzi 說。他表示，即使研究人員的設置包括水下機器人，數據機這一零件的成本也可能比其他所有設置的成本更高。更便宜的數據機可以讓使用者部署更多的感應器，並改善對環境的採樣。

除了成本之外，目前的數據機可能無法滿足潛在使用者的特定需求。相比之下，SubSeaPulse 的數據機是軟體定義的，因此使用者可以根據自己的特定應用修改訊號調變。該設備還可以作為模擬前端（而不是完整的數據機）來測試聲波訊號，使用者還可以安裝自己的軟體。Campagnaro將該數據機的靈活性比作業餘無線電愛好者對其設備進行試驗的方式。

米莉卡‧史托亞諾維奇（Milica Stojanovic）是東北大學電氣工程教授，致力於開發水下無線通訊演算法，她認為SubSeaPulse的數據機對於無法接觸昂貴設備的研究人員或想要傳輸任何類型波形的軟體定義設備的使用者來說可能非常有用。

但史托亞諾維奇表示，數據機只是完整水下通訊系統的一個零件。範圍和位元速率也是使用者的重要考慮因素，它們主要取決於轉換器和水下通訊固有的頻寬限制。

「水下聲學通道中的傳播和訊號失真問題並非易事，」史托亞諾維奇說。她很高興看到 SubSeaPulse 設備的開發。「從事這方面工作的人越多越好。」

• 延伸閱讀：光波 Li-Fi 無線傳輸 802.11bb 標準發佈，比 Wi-Fi 快 100 倍！
• 延伸閱讀：無線網路頻寬衝上5.8Gbps！瞭解Wi-Fi 7背後的新技術
• 延伸閱讀：Wi-Fi HaLow的無線協議可以將低功耗 Wi-Fi 訊號延伸至 3 公里
• 延伸閱讀：光波 Li-Fi 有光就能上網還比Wi-Fi快，為什麼至今沒普及？有什麼缺點？
• 資料來源：spectrum