長距離海島間應急無線光通信系統(tǒng)分析

車 祥

（四川宇毅辰祥信息技術有限公司，四川 宜賓 644000）

0 引言

無線光通信系統(tǒng)屬于一種新興技術，具有一定的便捷性。這種無線寬帶接入技術的逐漸應用也進一步對常規(guī)的通信手段起到了較好的補充效果。本文通過測試，結果顯示了利用無線光通信系統(tǒng)能夠安全地實現(xiàn)并滿足海島間的通信需求[1]。

1 無線光通信技術應用需求

無線光通信技術作為一種寬帶通信技術，不依靠有線傳輸介質如光線等，而是通過對光的直線傳播這一原理的應用，進行激光束的攜帶，所攜帶的激光束中含有信息，這樣就能夠實現(xiàn)在大氣中進行數(shù)據、語音、多媒體影像的雙向傳輸。對于該種通信技術來說，其不僅能夠實現(xiàn)較高的速率和保密性，而且在進行組網的架設時較為便捷、靈活，同時還具有較強的抗腐蝕以及電磁干擾的優(yōu)勢。所以無線光通信技術適用于機動應用環(huán)境之下的應急通信，能夠實現(xiàn)短距離的通信，較少受到復雜的地質條件的影響。同時，還能夠對于常規(guī)的通信手段進行有效結合，這樣在面對重大電力事件時，就能夠實現(xiàn)參與現(xiàn)場救援的多方人員和部門之間的通信和交流[2]。

某城市具有較多的群島分布，屬于我國的主要海洋經濟城市之一。對于該地的海底光纜而言，常常會由于過往漁船的活動和操作遭到破壞，而且一旦海底光纜出現(xiàn)問題，在維修時具有較高的難度，不僅需要消耗大量的時間，還需要花費巨大的資金成本。另外，海底光纜的損壞，也會對于通信業(yè)務的正常開展帶來嚴重影響，造成巨大的經濟損失[3]。

現(xiàn)階段，我國對于無線電光通信系統(tǒng)的應用只對于部分區(qū)域進行過試點，并沒有將無線光通信系統(tǒng)納入應急通信范疇中入。本文在長距離海島間的電力系統(tǒng)主干光纖網絡通信備份的應用需求的基礎之上，根據無線光通信的技術特征，對于海島間無線光通信系統(tǒng)的關鍵技術的應用做出具體研究，進一步保障系統(tǒng)通信主干網能夠實現(xiàn)暢通運行，全天候實施業(yè)務開展，對于一些極端的電力應用環(huán)境下的數(shù)據傳輸，提出可靠、靈活的解決方案，確保通信能夠穩(wěn)定、順利進行。

2 無線光通信系統(tǒng)的影響因素

無線光通信系統(tǒng)作為一種新興寬帶技術，是通過空氣傳播媒介，在激光的載體之下，實現(xiàn)數(shù)據傳輸?shù)墓δ堋５诖髿庵羞M行激光傳播時，會由于大氣中各種物質的影響，使得激光信號的強度減弱，而且由于濕度和溫度分布的不均勻，所衍生的大氣湍流也會對激光的傳輸產生不良影響，出現(xiàn)閃爍現(xiàn)象，得激光傳輸不穩(wěn)定。

2.1 大氣衰減效應對無線光通信系統(tǒng)產生的影響

大氣衰減效應的產生，主要是由于大氣中的物質對光的散射以及吸收作用，同時還受到天氣變化的影響。對于大氣中的物質而言，在光的吸收和散射時，會影響光的傳播，導致其能量減弱，并且出現(xiàn)光斑分布不均的問題，從而產生大氣衰減效應，影響到無線光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。另外，由于天氣變化具有一定的不穩(wěn)定性，因此也會對無線光通信系統(tǒng)造成一定的影響。天氣的主要影響因素分別為雨、雪、霧。對于雨，雨滴的直徑和下降的速度都會影響無線光系統(tǒng)傳播的距離以及時間，如果降雨量較大，那么就會產生更大的大氣衰減作用，嚴重情況下會中斷通信系統(tǒng)。對于雪，會對通信系統(tǒng)產生一定的衰減作用，但是相比較霧而言，雪所產生的衰減作用更小，但是卻大于雨的衰減作用。對于霧，其對于無線光通信系統(tǒng)的影響最大，這主要是由于霧粒的直徑與激光的波長較為相似，會通過自身棱鏡作用實現(xiàn)激光的衍射，這就加速了光能量的衰退，導致無線光通信系統(tǒng)傳播的時間和距離出現(xiàn)較大的縮減。

2.2 大氣湍流效應對無線光通信系統(tǒng)產生的影響

大氣湍流效應會直接影響到無線光通信系統(tǒng)的穩(wěn)定性。由于大氣環(huán)境條件具有較大的隨機性，溫濕度變化也是不確定的，因此會出現(xiàn)大氣折射分布的區(qū)別，導致大氣湍流效應的出現(xiàn)。大氣湍流效應會影響到無線光通信系統(tǒng)，主要原因是湍流大小和激光之間的差異。如果湍流大于激光直徑，那么就會使得激光的投影發(fā)生光束漂移的問題，反之則會在接收平面上出現(xiàn)展寬效應，從而產生閃爍現(xiàn)象，導致光的強度不穩(wěn)定，出現(xiàn)較大的明暗變化。在多種天氣條件下都會出現(xiàn)大氣湍流效應，但是其效應的強弱會受到溫濕度的影響，一般來說在晴天以及濕度水平較低的情況下，具有較弱的大氣湍流效應。

3 無線光通信系統(tǒng)功能

本文所采用的無線光通信系統(tǒng)，在通信速率上能夠達到 155 Mb/s，并且工作波長為1 550 nm。為了避免各種外界因素對激光束對準率的不良影響，并且考慮到光路平行度的要求，因此也在該通信系統(tǒng)中進行了特定的天線結構的采用，即兩路發(fā)射一路接收。在無線光通信系統(tǒng)中具有較多的功能模塊，分別為光學天線、光放大器、光通信網絡系統(tǒng)。對于該無線光通信系統(tǒng)的運行原理，經過通信系統(tǒng)光模塊的信息傳送，讓其能夠到達光放大器，實現(xiàn)功率放大，并且進行兩路分束，利用發(fā)射光學天線發(fā)出，在對面端的天線接收到光信號時，再將其實現(xiàn)到通信系統(tǒng)的回傳，這樣就能夠完成整個閉環(huán)通信。

為了讓光學天線便于對準該系統(tǒng)，在接回收路上進行了捕獲、跟蹤、瞄準一路信標光系統(tǒng)控制的分出，可以依靠有關的網絡功能模塊，實現(xiàn)對于光信息或者電信信息的轉換，讓其成為光波長信號，能夠充分適應空間傳輸，并且經過光學天線實現(xiàn)具體的傳輸。對于無線光通信系統(tǒng)來說，協(xié)議具有較大的透明性，因此能夠便于實現(xiàn)和業(yè)務數(shù)據的匹配。

4 海島監(jiān)測數(shù)據和結果分析

為了進一步分析無線光通信系統(tǒng)在海島間工作以及業(yè)務的使用情況，進行了多個測試地點的選取，并且進一步驗證了通信業(yè)務通信距離以及天氣情況等多方面因素，通過科學的測試方案的制定，并且實際進行了測試。

4.1 不同海域面測試

在本次測試中，選擇了兩組路徑開展以太網通信測試。測試地點具有200 m的海拔高度，重點是對不同海面對通信系統(tǒng)造成的影響進行考察。在測試中，多種數(shù)據包括通信距離、測試時間、丟包率、發(fā)射功率、接收功率以及能見度。通過對各項數(shù)據的分析，可以得出該系統(tǒng)能夠在較大的海面中使用，同時可以實現(xiàn)一定海運距離的島間通信。

4.2 不同數(shù)據業(yè)務測試

在本次測試中，選取一段特定的通信距離進行系統(tǒng)的無線光通信，業(yè)務適配性的考察，分別對2 M業(yè)務、百兆以太網業(yè)務等，開展了具體的比對測試，并得出了相應的測試結果，在測試結果中包含通信業(yè)務、測試時間、丟包率、發(fā)射功率、接收功率以及能見度等數(shù)據信息。通過具體的測試結果可以得知，該系統(tǒng)具有透明的協(xié)議，在進行數(shù)據業(yè)務傳輸時，也能夠實現(xiàn)無障礙進行，完全能夠符合傳輸網絡的業(yè)務要求。另外，要想實現(xiàn)高速率的傳輸，需要進行高速率接口模塊的設計。

4.3 不同氣候條件下的測試

在特定的通信距離下，為了進一步檢測無線光通信系統(tǒng)對不同氣候條件的適應程度，因此選取了多種氣候條件開展比對測試，分別為晴天、霧霾、多云、臺風、降雨等，得出了一定的測試結果。在晴天的氣候條件下，該系統(tǒng)丟包率在0.01%，發(fā)射功率在30 dBm，接收功率在-10 dBm左右，能見度大于5 km。對有霧霾和降雨天氣來說，隨著霧霾降雨量的加大，出現(xiàn)丟包率的升高，導致接收功率下降，能見度逐漸降低。在大霧和大雨的氣候條件下，都會出現(xiàn)通信的時通時斷，能見度低于1。在8～9級臺風的氣候條件下，丟包率在0.01%，接收功率在-10 dBm左右，能見度大于4。

通過以上測試數(shù)據可以得出，對于所發(fā)射的激光，大雨和霧霾都會對其產生較大影響，使得激光的功率出現(xiàn)下降，降低無線光通信系統(tǒng)的通話質量，甚至在嚴重情況下，會使得該系統(tǒng)不能正常進行通信操作。由于本次測試所使用的無線光通信系統(tǒng)中應用了自動跟蹤的ATP系統(tǒng)，因此在面對大風情況下，能夠較好地解決激光對準問題。

5 結語

本文通過研究應用無線光通信系統(tǒng)在長距離海島間通信，測試了無線光通信系統(tǒng)對于特殊地理環(huán)境以及各項業(yè)務的適配性，并獲得了可信度較高的通信質量數(shù)據。對于無線光通信系統(tǒng)在海島間的惡劣天氣下的應用，具有重要的意義。