目前,这方面的研究主要利用陆基无线接入网络、蒸发波导通信和自由空间光系统为沿海水域提供密集和远程高速网络覆盖。
无线接入网络被用来为挪威专属经济区的高北部地区和北极水域提供海上无线电通信服务,因为那里无法收到GEO卫星信号 [45] 。该沿海区域无线网通过无缝切换和漫游支持,将陆地无线系统的覆盖扩展到海洋。它联合使用了WiMAX、长期演进(LTE)和数字VHF来提供宽带海上无线通信服务 [21] 。文献[10]讨论了基于蜂窝网络的船舶跟踪和遇险信标系统,这可以弥补基于甚高频通信安全系统的不足,提升离海岸30~50km内的渔业和休闲船只的海上搜索和救援行动效率,其中采用的蜂窝网络包括GSM和GPRS。实验测量证明甚高频和GSM/GPRS波段有共存的可行性,同时基于该实验结果,建立了相应的GSM/GPRS传播模型。文献[46]研究了如何使用远距离Wi-Fi(LR-Wi-Fi)作为回程连接,在海上提供点对点多点连接,使岸上基站连接海上移动船只。文献[47]采用了基于802.11n的LR-Wi-Fi,利用基于TDMA的MAC协议来克服原来的CSMA/CA和MAC确认所造成的低效率;实验表明,当信号强度为-91dBm、噪声为-93dBm时,该系统能在17.7km距离上实现1.7Mbit/s的传输速率和1.625Mbit/s的接收速率。
葡萄牙的BLUECOM+的项目研究了如何通过联合使用GPRS、UMTS、LTE和Wi-Fi在偏远水域实现高性价比的互联网接入;通过联合使用空白电视频段的远程无线电通信和绳系气球来提升通信节点高度和多跳中继能力,以扩展无线电覆盖 [48] 。仿真研究表明,陆海两跳通信链接可在100km的范围提供超过3Mbit/s的传输速率。文献[49]对LR-Wi-Fi进行了野外试验,把船上的标准Wi-Fi网络连接到频率分别为2.4GHz和5.8GHz的地面基站,45.6km以上物理层速率可达3Mbit/s。
为了克服海事无线电的带宽瓶颈,文献[50]建议将分配给移动蜂窝系统的丰富带宽用于海洋通信。因为这些带宽目前主要用于陆上系统。例如,大约50MHz带宽分别分配给1G和2G系统,145MHz和100MHz分别分配给3G和4G系统。2007年,最初分配给电视的频谱(即450~470MHz和698~862MHz频带)也被重新分配给国际移动电信(IMT)。它们的总和约为570MHz。
文献[51]研究了基于蜂窝网络和分布式天线的沿海通信网络结构以及一种天线选择方案,可以保证目标用户的服务质量(QoS),并对其性能进行了数学评价和仿真验证。文献[52]提出了一种多天线方案来克服海平面中深衰落对链路的限制。信道模型表明,衰落的可预测特性取决于天线的高度以及发射机和接收机之间的距离,多个天线可以提高无线链路的同步性能。
蒸发波导通信研究如何利用海平面的一种自然现象来克服海面曲度对无线电波视距(LOS)传播的阻碍,以向深海提供高速远程通信。微波频率的电波在近海表面传播可以被困在波导层和海面之间,使信号超越水平距离传播 [53] 。波导层由海面上方湿度迅速下降的区域构成,这导致折射率随高度而下降。这种现象在海洋和沿海地区几乎是长期存在的,它对微波信号传播的影响取决于大气条件、偏振、天线位置和波频率。
如前所述,海洋中的用户分布稀少,而许多用户可能会聚集在游轮等小场所。在这种情况下,岸上BS和船载BS之间的点对点通信比广播通信更有效。因此,应用EDC来提供高速远程点对点海上通信是一个值得探索的方向。文献[54]提出超过海平面7m的天线、频率为10.6GHz的实验链路,可在80%的时间内为78km的传输距离提供10Mbit/s的数据速率;文献[55]提出马来西亚水域类似的远程数据链路,可以实现高速率、可靠的海上无线回程传输。
在该系统中,光的传播发生在自由空间的无引导传播介质中,如室外,通过可见光、红外线和紫外线波段传播。这些波段的通信带宽比射频链路更高,使距离几千米的两个固定点之间能够实现高速率通信。它们可以支持许多地面上的应用,比如5G的回程传输 [56] 。FSO链接具有高度方向性,这导致它们难以被检测,而它的可靠性受大气湍流引起的光强信号衰落的影响,对天气条件很敏感,特别是在长距离通信情况下。在海洋环境中,激光束可能经历明显的随机强度波动 [56] 。
文献[57]通过确定气溶胶散射、雾霾、雨雪和光湍流引起的衰减,对船舶通信的FSO信号衰减进行了分析。文献[58]提出了使用1550nm激光束的模拟调制FSO链路,成功实现了美国切萨皮克湾32km往返模拟视频传输,并估计了射频传播的增益、噪声因子和线性射频参数的概率密度函数。研究人员在大西洋海岸的两次野外实验和美国海军学院的5场野外实验中,试图修改激光束的传输特性,以尽量减少强度波动、衰减时间和深度。文献[59]通过计算机仿真,研究了使用卷积编码器和软决策维特比解码器的FSO链路的误码率,实验约束长度为3的软决策维特比解码器可以提高误码率性能。
容迟网络(DTN)适合于支持容忍中断和延迟的应用 [60] ,针对这种网络,人们研究了一种用于船舶上传监控视频的岸基网络,提出了一种分组存储转发路由方案,以解决海洋环境中间歇性网络连接问题。具体而言,根据间歇性网络连接、视频包的发布和截止时间制定一个资源分配方案 [61] ,从而最大限度地提高上传视频包的权重。文献[62]报道了在2018年风帆冲浪世界杯中进行的海上5G实验,其中5G用在距比赛场地300~1000m的陆上,向公众观看区域进行4K视频传输;在28GHz波段,使用大规模MIMO进行下行和上行海上传输。