復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)概述

摘 要：在特定水聲應(yīng)用環(huán)境中需要雙向傳輸高低壓復(fù)合信號(hào)。傳統(tǒng)基于同軸電纜的傳輸方法信號(hào)頻分耦合網(wǎng)絡(luò)復(fù)雜，工作時(shí)誤碼率高，可靠性較差。為此，提出了一種新的光電一體化復(fù)合水聲信號(hào)傳輸體制，采用光電混合纜進(jìn)行傳輸。文章對(duì)涉及的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行介紹，同時(shí)基于Manchester編碼技術(shù)，初步對(duì)大容量數(shù)據(jù)的時(shí)分雙向穩(wěn)定傳輸進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證了光纖傳輸多路水聲復(fù)合信號(hào)的可行性。

關(guān)鍵詞：通信技術(shù)；傳播系統(tǒng)；光纖技術(shù)

前言

光纖傳輸技術(shù)為解決現(xiàn)有的基于同軸電纜的傳輸系統(tǒng)傳輸數(shù)據(jù)率低、誤碼率高、可靠性差的問(wèn)題提供了很好的解決途徑。文章對(duì)光纖傳輸技術(shù)在某特殊水聲環(huán)境的應(yīng)用進(jìn)行了研究，給出了相應(yīng)的解決方案，并對(duì)系統(tǒng)關(guān)鍵問(wèn)題及解決途徑進(jìn)行了探討。此方案已在某預(yù)研系統(tǒng)中得到應(yīng)用，取得了良好的效果。

1 復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)概述

1.1 傳播系統(tǒng)內(nèi)容簡(jiǎn)述

我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)傳播系統(tǒng)的發(fā)展經(jīng)歷了幾個(gè)階段，主要有雙絞線階段，電纜+雙絞線階段，光纖階段。光纖傳輸階段主要依靠光纖纖維為介質(zhì)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)和網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸。光纖纖維在光纖傳輸?shù)倪^(guò)程中發(fā)揮著非常大的作用，不僅可以用來(lái)傳播虛擬的信號(hào)還可以用來(lái)傳播數(shù)字信號(hào)，而且它還可以滿(mǎn)足人們對(duì)視頻傳輸?shù)男枰?，給人們的生活帶來(lái)了極大的便利。管線傳輸?shù)闹饕獋鬏敼ぞ呔褪枪饫|，單根纖維的傳輸距離在不使用中繼器的情況下可以達(dá)到幾十公里，這種傳輸?shù)乃俣仁欠浅？斓?。隨著我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的不斷發(fā)展，我國(guó)的光纖傳輸技術(shù)有了新的發(fā)展，在發(fā)展的過(guò)程中復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生，在水聲光纖傳播系統(tǒng)中水聲光纖傳輸中是利用光纖和電纜在系統(tǒng)中可以共同存在的結(jié)構(gòu)，通過(guò)光纖向網(wǎng)絡(luò)接收器傳輸水聲信號(hào)以及其他的信息。在通過(guò)光纖將控制在水下的指令傳輸?shù)剿螺d體端，這樣就可以完成水聲光纖的傳播。一般情況下都是通過(guò)光纖對(duì)水下的載體傳輸高壓信號(hào)，再由水下的發(fā)射器將信號(hào)轉(zhuǎn)換為高壓的大功率的信號(hào)，在水下載體信號(hào)傳輸?shù)倪^(guò)程中需要水下電路對(duì)其進(jìn)行直流電的供應(yīng)。復(fù)合水聲信號(hào)的傳輸時(shí)一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程，在這一過(guò)程中需要比較高的技術(shù)，在進(jìn)行傳輸?shù)倪^(guò)程中要合理的分配傳輸?shù)母鱾€(gè)部分，總得來(lái)說(shuō)，復(fù)合水聲信號(hào)的傳輸是一個(gè)循環(huán)的系統(tǒng)，它通過(guò)不斷的循環(huán)將網(wǎng)絡(luò)信息傳遞到用戶(hù)的手中，這種復(fù)合水聲信號(hào)傳輸系統(tǒng)在我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)發(fā)展中是非常先進(jìn)的，是繼光纖信號(hào)傳輸后的又一大突破，給我國(guó)網(wǎng)絡(luò)的發(fā)展帶來(lái)了極大的影響，促進(jìn)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)世界的進(jìn)步和網(wǎng)絡(luò)傳輸技術(shù)的不斷發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)發(fā)展的關(guān)鍵是網(wǎng)絡(luò)信息的傳輸，復(fù)合水聲信號(hào)光纖傳播系統(tǒng)對(duì)于網(wǎng)絡(luò)信號(hào)的傳輸起著非常重要的作用。

1.2 多數(shù)高速數(shù)據(jù)的傳播

在復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)中，多數(shù)高速數(shù)據(jù)的傳播是非常重要的，也是復(fù)合水聲光纖系統(tǒng)的傳播中一個(gè)亟待解決的問(wèn)題，如何解決復(fù)合水聲光纖系統(tǒng)的雙向傳輸時(shí)系統(tǒng)發(fā)展的關(guān)鍵，主要可以分為兩個(gè)方面，一方面是多數(shù)高速數(shù)據(jù)的傳播，另一方面就是解決系統(tǒng)中雙向傳輸?shù)膯?wèn)題。多數(shù)高速數(shù)據(jù)的傳播采用的也是一個(gè)雙向的系統(tǒng)，在系統(tǒng)的使用過(guò)程中，主要采樣的頻率大概是10KHZ，在多數(shù)高速數(shù)據(jù)的傳播中命令的下達(dá)及傳輸和數(shù)據(jù)的輸送大概的時(shí)間間隔是4μs，這個(gè)時(shí)間間隔是非常短的，在數(shù)據(jù)采樣的過(guò)程中還需要16位的巴克碼數(shù)字作為數(shù)據(jù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)幀。在多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳播的過(guò)程中，一般采取Manchester碼的方式進(jìn)行多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳播的編碼，通過(guò)編碼可以對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行及時(shí)的提取，除此之外，采用Manchester碼的編碼方式是沒(méi)有直流分量，這種編碼方式的抗干擾能力是非常強(qiáng)的，在發(fā)展的過(guò)程中這種編碼方式非常適合信號(hào)的傳輸。因?yàn)槲覀儾捎肕anchester碼的方式進(jìn)行多數(shù)高速數(shù)據(jù)傳播的編碼，因此我們需要對(duì)始終的數(shù)據(jù)進(jìn)行精確的處理，在FPGA中內(nèi)嵌的鎖相環(huán)對(duì)于高速數(shù)據(jù)傳播的分頻是非常快捷的，因此在文章的介紹中我們選用了FPGA方式進(jìn)行了數(shù)據(jù)編碼的處理。該系統(tǒng)的工作原理如下：在采集多路聲信號(hào)時(shí)，要先進(jìn)入到DSP系統(tǒng)中進(jìn)行轉(zhuǎn)換，改變信號(hào)的模數(shù)，之后需要在采集到的有效數(shù)據(jù)的前后分別添加數(shù)據(jù)的起始位和終止位，確定數(shù)據(jù)幀的排列順序。在上述步驟完成后，將數(shù)據(jù)幀排列后的數(shù)據(jù)傳輸?shù)紽PGA中進(jìn)行下一步的處理，在這一步的處理中主要包含兩方面的內(nèi)容：一方面是對(duì)數(shù)據(jù)的串行和并行的方式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，在這一過(guò)程中將DSP中送來(lái)的數(shù)據(jù)中的并行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為串行數(shù)據(jù)；另一方面，是對(duì)數(shù)據(jù)的編碼進(jìn)行處理，將上一步中的串行數(shù)據(jù)以及轉(zhuǎn)換來(lái)的串行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為Manchester碼進(jìn)行下一步的數(shù)據(jù)傳輸。當(dāng)上述過(guò)程完成后，就要引用另一設(shè)備光端機(jī)，通過(guò)光端機(jī)將輸出的信號(hào)轉(zhuǎn)化為光信號(hào)，在將光信號(hào)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)的接收設(shè)備中，在這一過(guò)程中要將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)，通過(guò)FPGA對(duì)進(jìn)行解碼和串行處理，將處理后的數(shù)據(jù)輸送到DSP上，就可以完成協(xié)議的處理，將系統(tǒng)中的有效的信號(hào)提取出來(lái)，完成復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)中多數(shù)高速光纖數(shù)據(jù)的傳播。

2 系統(tǒng)誤碼率計(jì)算介紹

系統(tǒng)誤碼率的計(jì)算是復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)中比較重要的一部分，在這一部分里，我們可以根據(jù)曼徹斯特碼對(duì)系統(tǒng)的誤碼率進(jìn)行計(jì)算，推導(dǎo)出誤碼率的計(jì)算公式，主要有計(jì)算信號(hào)“1”的公式；計(jì)算系統(tǒng)總誤碼率的公式；假設(shè)“0”信號(hào)與“1”信號(hào)等概率的情況下，計(jì)算系統(tǒng)誤碼率與參數(shù)Q有關(guān)的公式。上述所述的計(jì)算系統(tǒng)誤碼率的公式還有幾種變式，在此由于篇幅有限公式就不做詳細(xì)的介紹了。通過(guò)上述的相關(guān)公式我們可以輕松的計(jì)算出系統(tǒng)的誤碼率，檢測(cè)出系統(tǒng)的可行性，促進(jìn)我國(guó)復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)的發(fā)展。

3 傳播誤碼實(shí)驗(yàn)總結(jié)

在網(wǎng)絡(luò)傳播系統(tǒng)的發(fā)展中需要對(duì)系統(tǒng)的傳播誤碼進(jìn)行驗(yàn)證，主要采用的方式是選取500米的光纖電纜進(jìn)行傳輸實(shí)驗(yàn)，在試驗(yàn)的過(guò)程中要遵循一定的原理。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要穩(wěn)定水下數(shù)據(jù)載體的一端和數(shù)據(jù)接收器的一端直流電壓，控制電源的供電電壓這兩個(gè)接收設(shè)備之間一般采用光電混合纜對(duì)著兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中要對(duì)這兩個(gè)設(shè)備進(jìn)行連接，主要的連接方式是通過(guò)pc進(jìn)行連接。正常情況下水下載體會(huì)產(chǎn)生10KHZ的頻率產(chǎn)生模擬的傳輸信號(hào)，在通過(guò)光電混合纜將數(shù)據(jù)信號(hào)傳輸?shù)浇邮茉O(shè)備上，接受設(shè)備的標(biāo)準(zhǔn)是接收到100幀，就將向設(shè)備傳輸下一步的命令。在這個(gè)過(guò)程中主要進(jìn)行三次實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)的時(shí)間逐漸的遞增，大概是第一次實(shí)驗(yàn)15分鐘，第二次實(shí)驗(yàn)20分鐘，第三次實(shí)驗(yàn)25分鐘。通過(guò)三次實(shí)驗(yàn)我們可以得出三種不同的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，通過(guò)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比，上傳數(shù)據(jù)的誤碼率是可以滿(mǎn)足復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)的需要的，但是在傳遞命令的過(guò)程中誤碼率是比較高的，估計(jì)是在傳遞命令過(guò)程中的一些外界的干擾造成的，因此我們?cè)趯?duì)水下載體傳達(dá)命令時(shí)要進(jìn)行對(duì)比與檢驗(yàn)，減少傳達(dá)命令過(guò)程中的誤碼率。根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的對(duì)比和Manchester碼的編碼特點(diǎn)，我們可以得出一個(gè)結(jié)論，那就是在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中，傳輸數(shù)據(jù)率為4.3×2=8.6Mbit/s，實(shí)驗(yàn)中得出的實(shí)際的傳輸率比單一電纜的傳輸數(shù)據(jù)率高。因此我們可以得出結(jié)論，在數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中是存在一定的誤碼率的，但是這個(gè)比率對(duì)整體的傳輸影響是比較小的，復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)是具有可行性的。

4 結(jié)束語(yǔ)

光纖傳輸在我國(guó)的發(fā)展比較快，在我國(guó)科技高速發(fā)展的今天，我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)在高速的發(fā)展，復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)在我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展中應(yīng)運(yùn)而生，光纖傳輸技術(shù)解決了我國(guó)網(wǎng)絡(luò)傳輸慢的問(wèn)題，文章主要對(duì)復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)進(jìn)行了研究，介紹了復(fù)合水聲光纖傳播系統(tǒng)以及系統(tǒng)誤碼率的計(jì)算和傳播誤碼的試驗(yàn)總結(jié)。給我國(guó)光纖傳輸技術(shù)的使用提供了借鑒，希望對(duì)我國(guó)的網(wǎng)絡(luò)光纖技術(shù)的發(fā)展提供幫助，促進(jìn)我國(guó)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的又好又快發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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