自由空間激光通信策略下的電力系統(tǒng)應(yīng)急通信

簡燕紅　董璇

摘 要

電力裝置通信中斷情況下，為實現(xiàn)快速恢復(fù)通信和電力裝置搶修等目的，本文結(jié)合實際業(yè)務(wù)需求，針對自由空間激光電力系統(tǒng)應(yīng)急通信模塊，對其具體構(gòu)成、技術(shù)優(yōu)點、電力系統(tǒng)應(yīng)急通信模塊傳送帶寬、裝置構(gòu)成、傳送鏈路余量、傳送鏈路衰減以及波長選取等進(jìn)行綜合分析，證明自由空間激光通信在電力裝置應(yīng)急通信的實際應(yīng)用價值。

【關(guān)鍵詞】電力裝置 自由空間 激光 應(yīng)急通信 鏈路衰減

1 引言

某電力企業(yè)為實現(xiàn)自然災(zāi)害條件下的抗災(zāi)搶險需要，構(gòu)建了一整套應(yīng)急通信指揮平臺，為在災(zāi)害狀況下完成光纖鏈路搶險，構(gòu)建指揮中心以及當(dāng)場的可視化指揮通信提供了一種不被信息協(xié)議所制約的自由空間激光通信裝置作為應(yīng)急傳送方案。

2 自由空間激光通信裝置構(gòu)成

自由空間激光通信裝置主要包含供電子模塊，光發(fā)射子平臺，光接收子平臺，恒溫除霜子平臺以及智能化追蹤子平臺構(gòu)建。如圖1所示。

基于自由空間激光通信策略的特點，能夠充分發(fā)揮裝置的技術(shù)優(yōu)點并且加以應(yīng)對。

2.1 傳送鏈路的余量

和微波類似，光線在空氣中進(jìn)行傳輸也會削減，但兩個部分的衰減特點卻存在差別。光被天氣的作用相對于微波而言要強烈，例如雨，雪，霧和空氣中的粉塵均對光形成很大的作用。為保證自由空間激光通信裝置能夠正常運轉(zhuǎn)，則在該系統(tǒng)進(jìn)行籌備之初需要完成鏈路部分的預(yù)計和測算，保障自由空間激光通信裝置具有很大的鏈路儲備，并且減少天氣變換對自由空間激光通信裝置帶來的作用。

針對自由空間激光通信鏈路進(jìn)行預(yù)測和計算時，首要考量鏈路部分的幾何缺失。幾何缺失部分的測算主要依據(jù)以下標(biāo)準(zhǔn)：自由空間激光通信裝置能夠獲取的光纖的能量和散發(fā)角度以及傳輸長度之間形成反比例關(guān)聯(lián)，并且和接收鏡的孔徑之間呈正相關(guān)。主要包含以下幾個量的測算：

（1）裝置固有損耗為透鏡損耗，濾波裝置損耗以及裝置內(nèi)部幾何損耗的整體。其形成原因在于由于穿過透鏡之后匯聚的光線不能夠完全進(jìn)入到激光探測裝置中，因而該損耗和激光探測裝置之間的面積相關(guān)。

（2）光斑部分，接收部分的一端的光斑部分和發(fā)射子模塊的發(fā)散角度之間的大小為正比例，并且完成光斑面積測算。

發(fā)散角度越小，光斑的面積就越小，光的能量則越基準(zhǔn)，因而發(fā)散角度成為判斷自由空間激光通信裝置的重要參數(shù)。在具備四組發(fā)射子平臺的光斑模型中，陰影部分為光線重合模塊，即光強最優(yōu)區(qū)域。但發(fā)散角度也不是越小越優(yōu)。在整個電力系統(tǒng)應(yīng)急通信運轉(zhuǎn)之時，基于建筑體受到的熱載部分不均勻以及風(fēng)速狀況。所裝設(shè)的自由空間激光通信裝置發(fā)生微小的移動，若發(fā)散角度太小，則自由空間激光通信裝置則發(fā)生擺動，移除光斑覆蓋區(qū)間，并且形成裝置的瞬斷狀態(tài)。

2.2 傳送鏈路衰減

自由空間激光通信應(yīng)急裝置的實際運用中除去幾何能耗之外，鏈路上的雨，雪以及霧和閃電等部分均會產(chǎn)生光能量損耗，因而完成自由空間激光通信應(yīng)急裝置設(shè)計，需要考量該因素的能耗。

閃光帶來的損耗主要是基于光線的照射，使得地面空氣被升溫使得上升氣流帶來氣團(tuán)移動；而雨，雪，霧帶來的衰減則是由于光線被雨水作用之后帶來光纖的折射，使得激光被遮擋在接受裝置之外，形成通信中斷。

2.3 波長選取

當(dāng)前市面上的自由空間激光通信應(yīng)急裝置主要選取光波長在785-885納米和1650納米兩類，和光纖傳播狀況存在差別的是，885納米和1650納米的激光在大氣之中的衰減特點基本類似。因而在自由空間激光通信應(yīng)急裝置中，大氣中的光纖衰減和波長關(guān)聯(lián)，譬如氣體分子產(chǎn)生的瑞利散射作用，形成光衰減的主要作用因子是霧氣帶來的共振散射。

2.4 本章總結(jié)

本章主要給出自由空間激光通信裝置構(gòu)成，包含傳送鏈路的余量部分，傳送鏈路衰減部分以及波長選取部分。

3 自由空間激光通信應(yīng)急裝置驗證

3.1 實驗設(shè)定

在自由空間激光通信應(yīng)急裝置中，最主要可以在最優(yōu)區(qū)間內(nèi)構(gòu)建無線通信信道，并且需要信道持續(xù)可靠并且不被擾動，因而基于光衰減帶來的瞬斷，帶寬并不作為主要衡量指標(biāo)。為保障自由空間激光通信應(yīng)急裝置在應(yīng)急通信應(yīng)用的可行性，因而本文構(gòu)建了一個單獨的通信應(yīng)急指揮體系。

3.2 自由空間激光通信應(yīng)急裝置構(gòu)成

整個自由空間激光通信應(yīng)急裝置主要包含F(xiàn)SO裝置，SDH光纖傳送裝置以及可視化指揮通信平臺幾個模塊。其中，當(dāng)SDH裝置的光纖銜接斷開時，選取FSO裝置用作中繼部分，完成現(xiàn)有的SDH模塊承載聯(lián)通，并且復(fù)原信息錄入部分，并在業(yè)務(wù)層級選取高清化的視頻指揮體系完成自由空間激光通信應(yīng)急裝置傳送容量和信息的可靠性校驗。

3.3 自由空間激光通信應(yīng)急裝置驗證

在自由空間激光通信應(yīng)急裝置驗證中，本文綜合當(dāng)?shù)貧夂蛱卣?，在雨季實驗過程，在裝置之間增加兩毫米的透明玻璃完成傳送，并且完成潑水方案擬合雨水狀態(tài)。測算時，整個通信應(yīng)急系統(tǒng)終止了15秒，停止大雨校驗時，通信立刻恢復(fù)。因而在雨雪狀態(tài)下，需要選取有效方案預(yù)防雨水滴落在FSO裝置上。此外，自由空間激光通信應(yīng)急裝置在1千米內(nèi)狀況較好，晴天能夠延伸到3千米左右。

整個校驗實驗中，通信應(yīng)急裝置選取適應(yīng)性較強的885納米FSO裝置，該裝置包含25mW的激光裝置和冗余防護(hù)程度優(yōu)秀的APD探測裝置。研究表明，通信應(yīng)急裝置選取激光方式，指向效能好，并且能夠達(dá)到四千米區(qū)間內(nèi)完成165Mb/s信息有效傳送，并不被磁場擾動，不產(chǎn)生電磁輻射。

3.4 本章總結(jié)

本章主要實現(xiàn)自由空間激光通信應(yīng)急裝置驗證，首先完成實驗設(shè)定，進(jìn)而給出自由空間激光通信應(yīng)急裝置構(gòu)成，并分析了通信應(yīng)急裝置驗證。

4 本文總結(jié)

FSO自由空間激光通信裝置作為軍事向民事轉(zhuǎn)換的先進(jìn)通信策略，自由空間激光策略在應(yīng)急通信平臺設(shè)計中備受重視。本文首先給出自由空間激光通信裝置構(gòu)成，包含傳送鏈路的余量部分，傳送鏈路衰減部分以及波長選取部分。進(jìn)而實現(xiàn)自由空間激光通信應(yīng)急裝置驗證，首先完成實驗設(shè)定，進(jìn)而給出自由空間激光通信應(yīng)急裝置構(gòu)成，并分析了通信應(yīng)急裝置驗證。

參考文獻(xiàn)

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作者單位

1.國網(wǎng)廈門供電公司 福建省廈門市 361000

2.南瑞集團(tuán)公司 江蘇省南京市 211000