长距离海岛间应急无线光通信系统分析

2021-11-21车祥

无线互联科技 2021年21期

关键词：光通信海岛湍流

车祥

（四川宇毅辰祥信息技术有限公司，四川宜宾 644000）

0 引言

无线光通信系统属于一种新兴技术，具有一定的便捷性。这种无线宽带接入技术的逐渐应用也进一步对常规的通信手段起到了较好的补充效果。本文通过测试，结果显示了利用无线光通信系统能够安全地实现并满足海岛间的通信需求[1]。

1 无线光通信技术应用需求

无线光通信技术作为一种宽带通信技术，不依靠有线传输介质如光线等，而是通过对光的直线传播这一原理的应用，进行激光束的携带，所携带的激光束中含有信息，这样就能够实现在大气中进行数据、语音、多媒体影像的双向传输。对于该种通信技术来说，其不仅能够实现较高的速率和保密性，而且在进行组网的架设时较为便捷、灵活，同时还具有较强的抗腐蚀以及电磁干扰的优势。所以无线光通信技术适用于机动应用环境之下的应急通信，能够实现短距离的通信，较少受到复杂的地质条件的影响。同时，还能够对于常规的通信手段进行有效结合，这样在面对重大电力事件时，就能够实现参与现场救援的多方人员和部门之间的通信和交流[2]。

某城市具有较多的群岛分布，属于我国的主要海洋经济城市之一。对于该地的海底光缆而言，常常会由于过往渔船的活动和操作遭到破坏，而且一旦海底光缆出现问题，在维修时具有较高的难度，不仅需要消耗大量的时间，还需要花费巨大的资金成本。另外，海底光缆的损坏，也会对于通信业务的正常开展带来严重影响，造成巨大的经济损失[3]。

现阶段，我国对于无线电光通信系统的应用只对于部分区域进行过试点，并没有将无线光通信系统纳入应急通信范畴中入。本文在长距离海岛间的电力系统主干光纤网络通信备份的应用需求的基础之上，根据无线光通信的技术特征，对于海岛间无线光通信系统的关键技术的应用做出具体研究，进一步保障系统通信主干网能够实现畅通运行，全天候实施业务开展，对于一些极端的电力应用环境下的数据传输，提出可靠、灵活的解决方案，确保通信能够稳定、顺利进行。

2 无线光通信系统的影响因素

无线光通信系统作为一种新兴宽带技术，是通过空气传播媒介，在激光的载体之下，实现数据传输的功能。但在大气中进行激光传播时，会由于大气中各种物质的影响，使得激光信号的强度减弱，而且由于湿度和温度分布的不均匀，所衍生的大气湍流也会对激光的传输产生不良影响，出现闪烁现象，得激光传输不稳定。

2.1 大气衰减效应对无线光通信系统产生的影响

大气衰减效应的产生，主要是由于大气中的物质对光的散射以及吸收作用，同时还受到天气变化的影响。对于大气中的物质而言，在光的吸收和散射时，会影响光的传播，导致其能量减弱，并且出现光斑分布不均的问题，从而产生大气衰减效应，影响到无线光通信系统的稳定性。另外，由于天气变化具有一定的不稳定性，因此也会对无线光通信系统造成一定的影响。天气的主要影响因素分别为雨、雪、雾。对于雨，雨滴的直径和下降的速度都会影响无线光系统传播的距离以及时间，如果降雨量较大，那么就会产生更大的大气衰减作用，严重情况下会中断通信系统。对于雪，会对通信系统产生一定的衰减作用，但是相比较雾而言，雪所产生的衰减作用更小，但是却大于雨的衰减作用。对于雾，其对于无线光通信系统的影响最大，这主要是由于雾粒的直径与激光的波长较为相似，会通过自身棱镜作用实现激光的衍射，这就加速了光能量的衰退，导致无线光通信系统传播的时间和距离出现较大的缩减。

2.2 大气湍流效应对无线光通信系统产生的影响

大气湍流效应会直接影响到无线光通信系统的稳定性。由于大气环境条件具有较大的随机性，温湿度变化也是不确定的，因此会出现大气折射分布的区别，导致大气湍流效应的出现。大气湍流效应会影响到无线光通信系统，主要原因是湍流大小和激光之间的差异。如果湍流大于激光直径，那么就会使得激光的投影发生光束漂移的问题，反之则会在接收平面上出现展宽效应，从而产生闪烁现象，导致光的强度不稳定，出现较大的明暗变化。在多种天气条件下都会出现大气湍流效应，但是其效应的强弱会受到温湿度的影响，一般来说在晴天以及湿度水平较低的情况下，具有较弱的大气湍流效应。

3 无线光通信系统功能

本文所采用的无线光通信系统，在通信速率上能够达到 155 Mb/s，并且工作波长为1 550 nm。为了避免各种外界因素对激光束对准率的不良影响，并且考虑到光路平行度的要求，因此也在该通信系统中进行了特定的天线结构的采用，即两路发射一路接收。在无线光通信系统中具有较多的功能模块，分别为光学天线、光放大器、光通信网络系统。对于该无线光通信系统的运行原理，经过通信系统光模块的信息传送，让其能够到达光放大器，实现功率放大，并且进行两路分束，利用发射光学天线发出，在对面端的天线接收到光信号时，再将其实现到通信系统的回传，这样就能够完成整个闭环通信。

为了让光学天线便于对准该系统，在接回收路上进行了捕获、跟踪、瞄准一路信标光系统控制的分出，可以依靠有关的网络功能模块，实现对于光信息或者电信信息的转换，让其成为光波长信号，能够充分适应空间传输，并且经过光学天线实现具体的传输。对于无线光通信系统来说，协议具有较大的透明性，因此能够便于实现和业务数据的匹配。

4 海岛监测数据和结果分析

为了进一步分析无线光通信系统在海岛间工作以及业务的使用情况，进行了多个测试地点的选取，并且进一步验证了通信业务通信距离以及天气情况等多方面因素，通过科学的测试方案的制定，并且实际进行了测试。

4.1 不同海域面测试

在本次测试中，选择了两组路径开展以太网通信测试。测试地点具有200 m的海拔高度，重点是对不同海面对通信系统造成的影响进行考察。在测试中，多种数据包括通信距离、测试时间、丢包率、发射功率、接收功率以及能见度。通过对各项数据的分析，可以得出该系统能够在较大的海面中使用，同时可以实现一定海运距离的岛间通信。

4.2 不同数据业务测试

在本次测试中，选取一段特定的通信距离进行系统的无线光通信，业务适配性的考察，分别对2 M业务、百兆以太网业务等，开展了具体的比对测试，并得出了相应的测试结果，在测试结果中包含通信业务、测试时间、丢包率、发射功率、接收功率以及能见度等数据信息。通过具体的测试结果可以得知，该系统具有透明的协议，在进行数据业务传输时，也能够实现无障碍进行，完全能够符合传输网络的业务要求。另外，要想实现高速率的传输，需要进行高速率接口模块的设计。

4.3 不同气候条件下的测试

在特定的通信距离下，为了进一步检测无线光通信系统对不同气候条件的适应程度，因此选取了多种气候条件开展比对测试，分别为晴天、雾霾、多云、台风、降雨等，得出了一定的测试结果。在晴天的气候条件下，该系统丢包率在0.01%，发射功率在30 dBm，接收功率在-10 dBm左右，能见度大于5 km。对有雾霾和降雨天气来说，随着雾霾降雨量的加大，出现丢包率的升高，导致接收功率下降，能见度逐渐降低。在大雾和大雨的气候条件下，都会出现通信的时通时断，能见度低于1。在8～9级台风的气候条件下，丢包率在0.01%，接收功率在-10 dBm左右，能见度大于4。

通过以上测试数据可以得出，对于所发射的激光，大雨和雾霾都会对其产生较大影响，使得激光的功率出现下降，降低无线光通信系统的通话质量，甚至在严重情况下，会使得该系统不能正常进行通信操作。由于本次测试所使用的无线光通信系统中应用了自动跟踪的ATP系统，因此在面对大风情况下，能够较好地解决激光对准问题。