一种水下中远距离光通信系统及其自适应控制方法与流程

本发明涉及无线光通信，尤其涉及一种水下中远距离光通信系统及其自适应控制方法。

背景技术：

1、随着经济社会的快速发展，人们对海洋资源的探测、开发和利用越来越泛，各种水下探测及开采设备、水下无人平台等被大量部署，其与岸基设备之间的数据链路主要采用水下光纤网络通信，在民用与军用方向均具有重要意义。光纤通信以带宽高、抗干扰能力强等特点在水下通信中具有广阔的应用前景，对光纤技术的传输距离的和可靠性要求也越来越高。

2、受限于光通信模块的发射和接收功率，水下光纤通信短距离(小于等于100km)采用光模块直接互联通信，长距离(300km以上)采用光中继器件嵌入链路中(每70km嵌入一个光中继器)进行通信。然而在100km-300km的中远距离通信上，采用光中继成本太高，而不采用光中继几乎无法通信。因此，此距离内水下光通信技术成为本领域技术人员亟需解决的问题。

3、再者，为适应光器件的衰减以及海光缆的维修、维护导致光通信链路衰减增加，光器件发射和接收功率预留太大的余量，光模块处于较高的功率，寿命和散热面临考验；预留太小的余量，虽然可以控制功率，延长寿命，一旦维修或者系统元器件老化，可能超出余量设计，降低了系统的可靠性工作，因此，如何设计一种可根据实际光路的变化情况，自适应调节光模块功率，以达到自适应光路损耗，达到自动调节光功率，从而达到散热和寿命的平衡，成为业界开发者的重要议题。

技术实现思路

1、(一)要解决的技术问题

2、基于上述问题，本发明提供一种水下中远距离光通信系统及其自适应控制方法，解决中远距离水下平台与岸基光通信网络可靠性低，维修成本高的问题。

3、(二)技术方案

4、基于上述的技术问题，本发明提供一种水下中远距离光通信系统，包括光放大模块、信号前向纠错模块和监测与控制模块，所述光放大模块与信号前向纠错模块依次光连接，所述光放大模块和信号前向纠错模块与所述监测与控制模块互联，所述光放大模块对外连接外部光纤链路后与匹配的光通信系统互联通信，所述前向纠错模块与外部网络交换设备对应的光通信接口互联通信；所述光放大模块用于接收外部光纤链路输入的光信号，经放大后对外输出；所述前向纠错模块用于光信号误码率检测和降低误码率；所述监测与控制模块按预设指令对所述光放大模块和信号前向纠错模块进行参数配置，保证低误码率的同时平衡其功耗。

5、进一步的，所述光放大模块包括前置放大器模块和光功率放大模块，均连接所述前向纠错模块和外部光纤链路；所述前置放大器模块用于接收外部光纤链路输入的光信号，用于提高接收设备灵敏度，再输入给所述信号前向纠错模块；所述光功率放大模块用于接收所述信号前向纠错模块输出的光信号，用于提高输出光信号的发射功率，经放大后对外输出。

6、进一步的，所述前置放大器模块的接收功率从10dbm到19dbm。

7、进一步的，所述光功率放大模块的发射功率从-35dbm到-10dbm。

8、进一步的，所述监测与控制模块按步长1dbm下发指令进行调节所述前置放大器模块和光功率放大模块。

9、进一步的，所述信号前向纠错模块检测的误码率在小于等于10-12时为正常。

10、进一步的，还包括电源模块，所述电源模块为光通信系统的内部各模块提供电源，所述监测与控制模块控制所述光放大模块和信号前向纠错模块的电源开关。

11、进一步的，所述监测与控制模块采用fpga平台搭建。

12、本发明也公开了一种所述的水下中远距离光通信系统的自适应控制方法，包括以下步骤：

13、s1、监测与控制模块按预设指令，初设各设备及配置预设参数，t1时间后开始链路检测；

14、s2、判断链路状态是否正常，若正常，则检测误码率，进入步骤s4，否则，按预设指令，按预设步长提升光放大模块发射功率及接收灵敏度，进入步骤s3；

15、s3、判断所述预设步长是否达到预设最大值，若否，则间隔t2时间后，返回步骤s2再次判断，直到链路状态正常；若是，则返回初始值，间隔t3时间后，返回步骤s2再次判断；

16、s4、判断所述误码率是否为零，若是，则不需要纠错处理，进入步骤s6；若否，则进入步骤s5；

17、s5、判断所述误码率是否小于预设值，若是，则通过信号前向纠错模块进行纠错处理，进入步骤s6；否则，监测与控制模块控制光放大模块，按预设步长提升光放大模块的发射功率及接收灵敏度，再返回步骤s2，直到误码率在正常控制范围内；

18、s6、监测与控制模块持续监测各模块状态及参数，按预设指令进行调节与控制，完成通信任务。

19、进一步的，所述t1时间为5分钟，所述t2时间为5分钟，所述t3时间为10分钟。

20、(三)有益效果

21、本发明的上述技术方案具有如下优点：

22、(1)本发明的水下中远距离光通信系统通过监测与控制模块检测光放大模块的发射功率和接收灵敏度，通过监测与控制模块调整预设步长，自动适应外部光链路损耗的增加，使得水下光通信的使用场景更多样化、适应性更强、控制更灵活，更便于水下中远距离无中继光通信应用，保证通信设备的稳定运行，满足部分对寿命及可靠性要求比较高的水下中远距离光通信应用场景的需求；

23、(2)本发明通过信号前向纠错模块检测误码率和降低误码率，在保证低误码率的同时链路稳定，从而使得整个光链路坚实可靠，提升光通信的服务质量；

24、(3)本发明采用的光放大模块，可根据光链路的特性，通过控制其接收和发射功率，降低光功率余量，达到功率与寿命的平衡，从而延长整个系统的寿命；

25、(4)本发明通过监测与控制模块自适应调整参数，不用打捞水下设备，不用人工调整水下光通信设备的参数，自适应参数调整和信号前向纠错模块的纠错处理，减少故障部件和人工维修的次数，从而降低维护成本，降低时间成本。

技术特征：

1.一种水下中远距离光通信系统，其特征在于，包括光放大模块、信号前向纠错模块和监测与控制模块，所述光放大模块与信号前向纠错模块依次光连接，所述光放大模块和信号前向纠错模块与所述监测与控制模块互联，所述光放大模块对外连接外部光纤链路后与匹配的光通信系统互联通信，所述前向纠错模块与外部网络交换设备对应的光通信接口互联通信；所述光放大模块用于接收外部光纤链路输入的光信号，经放大后对外输出；所述前向纠错模块用于光信号误码率检测和降低误码率；所述监测与控制模块按预设指令对所述光放大模块和信号前向纠错模块进行参数配置，保证低误码率的同时平衡其功耗。

2.根据权利要求1所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述光放大模块包括前置放大器模块和光功率放大模块，均连接所述前向纠错模块和外部光纤链路；所述前置放大器模块用于接收外部光纤链路输入的光信号，用于提高接收设备灵敏度，再输入给所述信号前向纠错模块；所述光功率放大模块用于接收所述信号前向纠错模块输出的光信号，用于提高输出光信号的发射功率，经放大后对外输出。

3.根据权利要求2所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述前置放大器模块的接收功率从10dbm到19dbm。

4.根据权利要求2所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述光功率放大模块的发射功率从-35dbm到-10dbm。

5.根据权利要求3或4所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述监测与控制模块按步长1dbm下发指令进行调节所述前置放大器模块和光功率放大模块。

6.根据权利要求1所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述信号前向纠错模块检测的误码率在小于等于10-12时为正常。

7.根据权利要求1所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，还包括电源模块，所述电源模块为光通信系统的内部各模块提供电源，所述监测与控制模块控制所述光放大模块和信号前向纠错模块的电源开关。

8.根据权利要求1所述的水下中远距离光通信系统，其特征在于，所述监测与控制模块采用fpga平台搭建。

9.一种根据权利要求1-8任一项所述的水下中远距离光通信系统的自适应控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

10.根据权利要求9所述的一种水下中远距离光通信系统的自适应控制方法，其特征在于，所述t1时间为5分钟，所述t2时间为5分钟，所述t3时间为10分钟。

技术总结
本发明公开了一种水下中远距离光通信系统及其自适应控制方法，光通信系统包括光放大模块、信号前向纠错模块和监测与控制模块，所述光放大模块与信号前向纠错模块依次光连接，所述光放大模块和信号前向纠错模块与所述监测与控制模块互联，所述光放大模块对外连接外部光纤链路后与匹配的光通信系统互联通信，所述前向纠错模块与外部网络交换设备对应的光通信接口互联通信。本发明解决了中远距离水下平台与岸基光通信网络可靠性低，维修成本高的问题。

技术研发人员：唐校兵,曾超,吴建波,杜文超,黄磊
受保护的技术使用者：中声海洋装备（浙江）有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15