大气信道对无线光通信系统性能影响实验研究

of atmospheric channel attenuation versus time in cloudy day

在传输距离为500 m的情况下,实际测得阴天天气的能见度为18 km,计算得到α=2.06 dB/km。阴天误码率随时间变化曲线如图8所示。

图8 阴天误码率随时间变化曲线Fig.8 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in cloudy day

由图8可知,在3:30左右,误码率上升是因为信号丢失,其他时刻阴天时背景光的干扰较小,与晴天相比对光通信机A端接收光功率起伏影响不大,误码率保持平稳,阴天气象条件下信道特性对误码率的影响不大,通信性能较好。

3.2.3 小雨信道测量

实验当天气象信息为：平均气温10 ℃,平均风速0.4 m/s,东风风向,平均气压966.6 Pa,能见度1 km。

在A端SFP激光器输出跳线与上发射镜筒前尾纤之间加可调光衰减器,从1:00开始在光通信机A端的出射光功率加-14 dB的衰减,每隔1 h调节一次衰减器,每次减-0.5 dB。

雨天条件下大气信道衰减随时间变化曲线如图9所示。

图9 雨天条件下大气信道衰减随时间变化曲线Fig.9 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in rainy day

由图9可知,4:30有降雨时衰减增大,就会出现图中向下的尖峰。

图10 雨天误码率随时间变化曲线Fig.10 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in rainy day

雨天误码率随时间变化曲线如图10所示。图10中出现断点的地方是误码率为零的时间段。当空气中的水滴半径大到一定数值时,它以一定的速率降向地面成为雨。雨不仅降低了地面温度,消减了温度差异,同时雨滴还减少了空气中的不均匀成分,所以雨滴对光信号的散射衰减总体而言并不是很大。因此在小雨天气情况下,信道衰减较稳定,对误码率影响小。

3.2.4 雾天信道测量

实验当天气象信息为：平均气温14 ℃,平均风速0.8 m/s,南风风向,平均气压966.6 Pa,能见度3 km。

在A端SFP激光器输出跳线与上发射镜筒前尾纤之间加可调光衰减器,衰减值为-14 dB。

当大气中的水蒸气含量达到或者超过大气中水蒸气含量的饱和量时,水汽就会在气溶胶颗粒上凝聚成水滴,凝聚的水滴漂浮在近地面的空气中,使能见度减小。

雾天条件下大气信道衰减随时间变化曲线如图11所示。

图11 雾天条件下大气信道衰减随时间变化曲线Fig.11 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in foggy day

图12 雾天误码率随时间变化曲线Fig.12 Curve of atmospheric channel attenuation versus time in foggy day

雾天误码率随时间变化曲线如图12所示。以A端的损耗为主,根据实验天气的记录可知,在上午9:00时,由于太阳升起,环境温度升高,因其对大气中水汽的蒸腾作用,大气信道的不稳定性加剧,严重影响通信性能,误码率突然增加。

 4 结语

针对无线光通信的特点及电力应急通信的应用需求,本文详细介绍了无线光通信大气信道性能实验测量研究。对阴天、晴天、雨天、雾天的无线光通信的信道衰减及误码率的测量结果进行了分析,通过测量结果的对比分析,可以直观地比较激光通过不同大气信道（云、雨、雾等）的衰减特性,以及不同衰减程度对通信性能的影响。本文的实验测量结果可为激光大气信道性能的研究提供很好的手段,对光通信应用于电力应急通信具有很好的参考价值。

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