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潜水艦との通信は、軍事通信の中でも技術的な課題が多く、特殊な技術を必要とする分野です。海水のような電気伝導性の高い物質では電波が伝わりにくいため、潜航中の潜水艦は通常の無線周波数では指揮系統との無線通信が途絶えてしまいます。潜水艦は浮上してアンテナを海面上に上げたり、アンテナを搭載した係留ブイを浮かべたりして、通常の無線通信を行うことができます。しかし、この方法では対潜水艦戦部隊による探知を受けやすくなります。
第二次世界大戦初期の潜水艦は、水中での速度と航続距離が限られていたため、主に水上を航行し、潜航は主に差し迫った脅威を回避するため、あるいは目標にステルスで接近するために用いられた。しかし、冷戦期には、数ヶ月間潜航可能な原子力潜水艦が開発された。
核戦争が発生した場合、潜航中の弾道ミサイル潜水艦にはミサイルを迅速に発射するよう命令する必要がある。これらの潜水艦へのメッセージ送信は活発な研究分野である。超低周波（VLF）電波は海水を30メートル強まで透過できるため、多くの海軍は潜水艦通信に強力な陸上VLF送信機を使用している。一部の国は、潜水艦の作戦深度まで海水を透過できる超低周波（ELF）電波を使用する送信機を開発しているが、これには巨大なアンテナが必要となる。その他に使用されている技術には、ソナーや青色レーザーなどがある。[ 1 ]
音は水中を遠くまで伝わるため、水中スピーカーや水中聴音器はかなりの距離をカバーできる。アメリカ海軍（SOSUS）とロシア海軍は、潜水艦が頻繁に航行する海域の海底に音響通信装置を設置し、水中通信ケーブルで陸上基地と接続しているようだ。潜水艦がこうした装置の近くに隠れていれば、司令部と連絡を取り続けることができる。また、潜水艦との通信には、ガートルードと呼ばれることもある水中電話も使用されている。
超低周波（VLF 、3～ 30kHz）電波は海水を数十メートルまで透過できるため、浅い深度を航行する潜水艦はこれを利用して通信を行うことができる。より深い深度を航行する潜水艦は、長いケーブルにアンテナを取り付けたブイを使用する。このブイは水面下数メートルまで上昇し、敵のソナーやレーダーに探知されないほど小型である可能性がある。しかし、こうした深度要件は潜水艦の受信時間を短く制限し、対潜水艦戦技術はこうした浅い深度でも潜水艦やアンテナブイを探知できる可能性がある。
周波数が低くなるにつれて自然雑音が増加するため、それを克服するには大量の放射電力が必要となります。さらに悪いことに、アンテナが小さい（波長に比べて）と本質的に効率が悪いという問題があります。これは、送信出力が高く、数平方キロメートルをカバーする非常に大きなアンテナが必要になることを意味します。そのため、潜水艦はVLFを送信することはできませんが、受信には比較的シンプルなアンテナ（通常は長い曳航ワイヤー）で十分です。したがって、VLFは常に陸地から潜水艦への一方通行です。双方向通信が必要な場合は、潜水艦は水面近くまで浮上し、アンテナマストを立てて、通常はHF以上の高周波数で通信する必要があります。
利用可能な帯域幅が狭いため、音声伝送は不可能であり、低速データ伝送のみがサポートされます。VLFデータ伝送速度は約300 ビット/秒であるため、データ圧縮が不可欠です。
潜水艦との通信に超長波（VLF）設備を運用している国は、ノルウェー、フランス、アメリカ合衆国、ロシア、イギリス、ドイツ、オーストラリア、パキスタン、インドなどごく少数である。
ELFおよび超低周波（SLF）周波数帯域（3～300 Hz ）の電磁波は、数百メートルの深さまで海水を透過できるため、潜水艦の運用深度に信号を送信できます。ELF送信機の構築は、非常に長い波長で動作する必要があるため、非常に困難な課題です。米国海軍のプロジェクトELFシステムは、コードネーム「プロジェクト・サングイン」で提案されたより大規模なシステムの派生型で、[ 2 ] 76ヘルツで動作し、[ 3 ]ソ連/ロシアのシステム（ZEVSと呼ばれる）は82ヘルツで動作しました。[ 4 ]後者は3,656.0キロメートルの波長に相当します。これは地球の直径の4分の1以上です。通常の半波長ダイポールアンテナは、 1,800 km（1,100マイル）の長さのアンテナが必要になるため、現実的に構築できません。
その代わりに、このような施設を建設するには、非常に低い地中導電率の地域（通常の無線送信所とは逆の要件）と、異なる場所に地中に埋設された 2 つの大きな電極、そして中央の局から電柱に張られた電線の形でそれらに給電する線が必要となる。他の分離も可能であるが、ムルマンスク近郊にある ZEVS 送信機で使用されている距離は60 キロメートル (37 マイル)である。地中導電率が低いため、電極間の電流は地球の奥深くまで浸透し、実質的に地球の大部分をアンテナとして利用することになる。ミシガン州リパブリックのアンテナの長さは約52 キロメートル (32マイル)であった。このアンテナは非常に非効率的である。放射される電力はわずか数ワットであるが、これを駆動するには専用の発電所が必要であると思われる。その送信は事実上どこでも受信できる。ソ連海軍が ZEVS アンテナを稼働させたとき、南極の78 度南緯 167 度西経の局が送信を検出した。 [ 4 ]
ELF送信機の構築には技術的な困難が伴うため、米国[ 3 ] 、中国[ 5 ] 、ロシア[ 4 ]、インド[ 6 ] [ 7 ]だけがELF通信施設を建設したことが知られている。
米軍のELF送信に使用された符号化方式は、 64個のシンボルを用いたリード・ソロモン誤り訂正符号を採用しており、各シンボルは非常に長い擬似乱数列で表されていた。送信全体が暗号化された。このような技術の利点は、複数の送信を相関させることで、信号対雑音比が非常に低い場合でもメッセージを完成させることができ、また、ごく少数の擬似乱数列のみが実際のメッセージ文字を表すため、メッセージが正常に受信された場合、それが有効なメッセージである可能性が非常に高い（なりすまし防止）ことである。
通信リンクは一方通行である。潜水艦は、その装置の大きさゆえに、独自の超低周波送信機を搭載することは不可能だった。海中に沈めたり、航空機に搭載したりできる送信機を設計する試みは、すぐに断念された。
帯域幅が限られているため、情報は非常にゆっくりとしか送信できず、1 分あたり数文字程度です (シャノンの符号化定理を参照)。そのため、米国海軍が別の通信手段を確立するための指示を与えるためにのみ使用されてきました[ 9 ]。実際のメッセージは、ほとんどが一般的な指示、または関係当局との別の双方向通信手段を確立するための要求であったと考えるのが妥当です。
水上を航行する潜水艦、または係留アンテナブイを水面に浮かべている潜水艦は、通常の無線通信を使用できる。水上からは、潜水艦はHF、VHF、UHF帯の海軍周波数を使用し、音声変調とテレプリンター変調の両方の技術で情報を送信する。HF帯は潜水艦の位置を露呈しやすいため、長距離通信には、見通し線周波数を使用する専用の軍事通信衛星システムが利用可能な場合は好まれる。米海軍のシステムは、潜水艦衛星情報交換サブシステム（SSIXS ）と呼ばれ、海軍超高周波衛星通信システム（UHF SATCOM）の構成要素である。
MITの研究チームが開発した最近の技術は、音響信号とレーダーを組み合わせることで、潜水艦が航空機と通信できるようにするものです。[ 10 ]水中送信機は、水面に向けて設置された音響スピーカーを使用します。送信機は、圧力波として伝わるマルチチャンネルの音響信号を送信します。これらの波が水面に当たると、微細な振動が発生します。水面上では、300GHz帯のレーダーが 、無線信号を水面に反射させ続けます。水面が音響信号によってわずかに振動すると、レーダーはその振動を検出し、水中スピーカーから空中受信機への信号の伝送を完了します。[ 11 ]この技術は、音響信号とRF信号間の変換を使用するため、TARF（Translational Acoustic-RF）通信と呼ばれています。この技術は有望ですが、まだ初期段階にあり、比較的制御された環境（最大約200mmの水面さざ波）でのみ正常にテストされています。より大きな波では、データ通信が 正常に行われませんでした。
2017 年 4 月、NATOの海洋研究実験センターは、音響を使用して水中デジタル情報を送信する標準化プロトコルである JANUS の承認を発表しました[ 12 ] (アナログ電話回線を利用するために音響カプラを備えたモデムが行ったのと同様)。 [ 13 ] STANAG 4748に文書化されており、最大28 キロメートル (17マイル)の距離で 900 Hz ～ 60 kHz の周波数を使用します。[ 14 ] [ 15 ]軍事および民間、NATO および非 NATO デバイスで使用可能です。ローマの門、開口部などの神にちなんで名付けられました。
2009年の米軍の報告書には、「衛星に使用できるほど十分な電力効率で適切な色で動作するレーザーが存在しないため、深海用の実用的なレーザーベースシステムは利用できない。DARPAは、潜水艦のレーザー通信を深海かつ高速で近い将来に実現できるほど効率的な青色レーザーの開発に取り組んでいる。最近実証されたレーザーは、特殊な光学フィルターと組み合わせて、他の提案されているレーザーシステムよりも信号対雑音比が数千倍優れた通信システムの中核を形成する。DARPAが現実的な条件下でこのようなシステムを実証できれば、潜水艦の通信と運用方法を劇的に変化させ、例えば対潜水艦戦における任務の有効性を大幅に向上させるだろう。」と記されている。[ 1 ]