長距離海島間應急無線光通信系統分析

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能夠安全地實現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，這樣就能夠實現在大氣中進行數據、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，就能夠實現參與現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]。

現階段，我國對于無線電光通信系統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納入應急通信范疇中入。本文在長距離海島間的電力系統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的關鍵技術的應用做出具體研究，進一步保障系統通信主干網能夠實現暢通運行，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 無線光通信系統的影響因素

無線光通信系統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，實現數據傳輸的功能。但在大氣中進行激光傳播時，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，出現閃爍現象，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。對于雪，會對通信系統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傳播的時間和距離出現較大的縮減。

2.2 大氣湍流效應對無線光通信系統產生的影響

大氣湍流效應會直接影響到無線光通信系統的穩(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，因此會出現大氣折射分布的區(qū)別，導致大氣湍流效應的出現。大氣湍流效應會影響到無線光通信系統，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展寬效應，從而產生閃爍現象，導致光的強度不穩(wěn)定，出現較大的明暗變化。在多種天氣條件下都會出現大氣湍流效應，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 無線光通信系統功能

本文所采用的無線光通信系統，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。對于該無線光通信系統的運行原理，經過通信系統光模塊的信息傳送，讓其能夠到達光放大器，實現功率放大，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，再將其實現到通信系統的回傳，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，在接回收路上進行了捕獲、跟蹤、瞄準一路信標光系統控制的分出，可以依靠有關的網絡功能模塊，實現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具體的傳輸。對于無線光通信系統來說，協議具有較大的透明性，因此能夠便于實現和業(yè)務數據的匹配。

4 海島監(jiān)測數據和結果分析

為了進一步分析無線光通信系統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造成的影響進行考察。在測試中，多種數據包括通信距離、測試時間、丟包率、發(fā)射功率、接收功率以及能見度。通過對各項數據的分析，可以得出該系統能夠在較大的海面中使用，同時可以實現一定海運距離的島間通信。

4.2 不同數據業(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據信息。通過具體的測試結果可以得知，該系統具有透明的協議，在進行數據業(yè)務傳輸時，也能夠實現無障礙進行，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下降，降低無線光通信系統的通話質量，甚至在嚴重情況下，會使得該系統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中應用了自動跟蹤的ATP系統，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在長距離海島間通信，測試了無線光通信系統對于特殊地理環(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據。對于無線光通信系統在海島間的惡劣天氣下的應用，具有重要的意義。