of atmospheric channel attenuation versus time in cloudy day

在傳輸距離為500 m的情況下,實際測得陰天天氣的能見度為18 km,計算得到α=2.06 dB/km。陰天誤碼率隨時間變化曲線如圖8所示。

圖8 陰天誤碼率隨時間變化曲線Fig.8 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in cloudy day

由圖8可知,在3:30左右,誤碼率上升是因為信號丟失,其他時刻陰天時背景光的干擾較小,與晴天相比對光通信機A端接收光功率起伏影響不大,誤碼率保持平穩(wěn),陰天氣象條件下信道特性對誤碼率的影響不大,通信性能較好。

3.2.3 小雨信道測量

實驗當天氣象信息為：平均氣溫10 ℃,平均風速0.4 m/s,東風風向,平均氣壓966.6 Pa,能見度1 km。

在A端SFP激光器輸出跳線與上發(fā)射鏡筒前尾纖之間加可調光衰減器,從1:00開始在光通信機A端的出射光功率加-14 dB的衰減,每隔1 h調節(jié)一次衰減器,每次減-0.5 dB。

雨天條件下大氣信道衰減隨時間變化曲線如圖9所示。

圖9 雨天條件下大氣信道衰減隨時間變化曲線Fig.9 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in rainy day

由圖9可知,4:30有降雨時衰減增大,就會出現(xiàn)圖中向下的尖峰。

圖10 雨天誤碼率隨時間變化曲線Fig.10 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in rainy day

雨天誤碼率隨時間變化曲線如圖10所示。圖10中出現(xiàn)斷點的地方是誤碼率為零的時間段。當空氣中的水滴半徑大到一定數(shù)值時,它以一定的速率降向地面成為雨。雨不僅降低了地面溫度,消減了溫度差異,同時雨滴還減少了空氣中的不均勻成分,所以雨滴對光信號的散射衰減總體而言并不是很大。因此在小雨天氣情況下,信道衰減較穩(wěn)定,對誤碼率影響小。

3.2.4 霧天信道測量

實驗當天氣象信息為：平均氣溫14 ℃,平均風速0.8 m/s,南風風向,平均氣壓966.6 Pa,能見度3 km。

在A端SFP激光器輸出跳線與上發(fā)射鏡筒前尾纖之間加可調光衰減器,衰減值為-14 dB。

當大氣中的水蒸氣含量達到或者超過大氣中水蒸氣含量的飽和量時,水汽就會在氣溶膠顆粒上凝聚成水滴,凝聚的水滴漂浮在近地面的空氣中,使能見度減小。

霧天條件下大氣信道衰減隨時間變化曲線如圖11所示。

圖11 霧天條件下大氣信道衰減隨時間變化曲線Fig.11 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in foggy day

圖12 霧天誤碼率隨時間變化曲線Fig.12 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in foggy day

霧天誤碼率隨時間變化曲線如圖12所示。以A端的損耗為主,根據(jù)實驗天氣的記錄可知,在上午9:00時,由于太陽升起,環(huán)境溫度升高,因其對大氣中水汽的蒸騰作用,大氣信道的不穩(wěn)定性加劇,嚴重影響通信性能,誤碼率突然增加。

 4 結語

針對無線光通信的特點及電力應急通信的應用需求,本文詳細介紹了無線光通信大氣信道性能實驗測量研究。對陰天、晴天、雨天、霧天的無線光通信的信道衰減及誤碼率的測量結果進行了分析,通過測量結果的對比分析,可以直觀地比較激光通過不同大氣信道（云、雨、霧等）的衰減特性,以及不同衰減程度對通信性能的影響。本文的實驗測量結果可為激光大氣信道性能的研究提供很好的手段,對光通信應用于電力應急通信具有很好的參考價值。

參考文獻

[1] 曾智龍, 徐林, 楊乾遠, 等. 天氣因素對大氣激光通信質量影響分析[J]. 光通信技術, 2009, 33(10): 56-57.

ZENG Zhi-long, XU Lin, YANG Qian-yuan, et al.The analysis on the influence of the weather factor for the quality of atmosphere laser communication[J]. Optical Communications Technology, 2009, 33(10): 56-57.

[2] 王元博. 激光大氣傳輸特性及實驗研究[D]. 西安: 西安電子科技大學, 2010.

[3] 柯熙政, 楊利紅, 馬冬冬. 激光信號在雨中的傳輸衰減[J]. 紅外與激光工程, 2008, 37(6): 1021-1024.

KE Xi-zheng, YANG Li-hong, MA Dong-dong.Transmitted attenuation of laser signal in rain[J]. Infrared and Laser Engineering, 2008, 37(6): 1022-1024.

[4] 于勝云, 陳名松, 李天松. 自由空間光通信傳輸信道雨霧衰減特性研究[J]. 廣西通信技術, 2008(1): 42-45.

YU Sheng-yun, CHEN Ming-song, LI Tian-song.Study on attenuation characteristic of rain and fog in FSO communication transmission channel[J]. Guangxi Communication Technology, 2008(1): 42-45.

[5] 韓天愈. 自由空間光通信(FSO)大氣信道傳輸關鍵技術的研究[D]. 廣州: 廣東工業(yè)大學, 2005.

[6] 李玉權, 朱勇, 王江平. 光通信原理與技術[M]. 北京: 科學出版社, 2006.

[7] 柯熙政, 席曉莉. 無線激光通信概論[M]. 北京: 北京郵電大學出版社, 2004.

[8] 孫麗麗, 張華棟, 李茜. 無線光通信技術在電力系統(tǒng)中的應 用[J]. 電力系統(tǒng)通信, 2009, 30(1): 41-44.

SUN Li-li, ZHANG Hua-dong, LI Qian.Application of free space optics technology in electric power system[J]. Telecommunications for Electric Power System, 2009, 30(1): 41-44.

[9] 周仲謀, 陳智凱. MIMO無線光通信分集接收系統(tǒng)的實驗研究[J]. 電子設計工程, 2015, 23(23): 145-148.

ZHOU Zhong-mou, CHEN Zhi-kai.Experimental study of MIMO wireless optical communication diversity reception system[J]. Electronic Design Engineering, 2015, 24(23): 145-148.

[10] 劉黎軍, 馬靜雅, 葉君華, 等. 長距離海島間電力應急無線光通信系統(tǒng)研究[J]. 電力信息與通信技術, 2016, 14(7): 29-32.

LIU Li-jun, MA Jing-ya, YE Jun-hua, et al.Research on wireless optical communication system for power emergency communication between long distance islands[J]. Electric Power Information and Communication Technology, 2016, 14(7): 29-32.

[11] 王海濤. 應急通信發(fā)展現(xiàn)狀和技術手段分析[J]. 電力系統(tǒng)通信, 2011, 32(2): 1-6.

WANG Hai-tao.Analysis on current status of emergency communication and its technical means[J].Telecommunications for Electric Power System, 2011, 32(2): 1-6.

[12] 付重, 肖行詮. 電力應急通信系統(tǒng)應用研究[J]. 電力系統(tǒng)通信, 2011, 32(5): 111-115.

FU Zhong, XIAO Xing-quan.Study on the application of power emergency communication system[J].Telecommunications for Electric Power System, 2011, 32(5): 111-115.

[13] LI Z, CAO J, ZHAO X, et al.Swarm intelligence for atmospheric compensation in free space optical communication- modified shuffled frog leaping algorithm[J]. Optics & Laser Technology, 2015(66): 89-97.

[14] HAMZEH B, KAVEHRAD M.OCDMA-coded free-space optical links for wireless optical-mesh networks[J]. IEEE Transaction on Communications, 2004, 52(12): 2165-2174.

[15] DREXLEK R, ROGGEMANN M C, VOELZ D G.Use of a partially coherent transmitter beam to improve the statistics of received power in a free-space optical communication system: theory and experimental results[J]. Optical Engineering, 2011, 50(2): 68.