CN214544319U - 基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型属于深海通信技术领域，具体涉及基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置。包括岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备；所述岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备依次通信连接；所述岸机和第一合波器之间设有第一信号放大器和第二信号放大器；所述第二合波器和终端设备之间设有第三信号放大器和第四信号放大器；所述岸机用于发送初始光信号。本实用新型还包括夜间报警模块。本实用新型具有抗光衰减能力强，能够提高光信号传输可靠性和光纤资源利用率的特点。

Description

基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置

技术领域

本实用新型属于深海通信技术领域，具体涉及基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置。

背景技术

目前国内深海科考及海洋工程作业以有缆作业模式为主，海底传感器需要通过远距离光缆与水面控制室形成连接，并依靠光缆进行组网，实现数据的交互。因此光缆工作状态的好坏是一个系统的正常运行的首要条件。但由于海洋作业环境极其恶劣，并且光缆长年受到海水侵蚀，非常容易受到腐蚀而损坏。

众所周知，光纤通信需要相当苛刻的物理条件，日常使用后光纤会有一定的衰耗，光信号沿着光纤传播将会衰减，传输距离受到衰减的制约，当衰减过度必然会使得通信失常，最终导致公海科考的严重经济损失，甚至会因此错过最佳的科学考察期。

随着ROV(遥控潜水器)、AUV(自助式潜水器)的逐步发展，我国深海科考也逐渐走向更高的水平，但光纤通信问题在海洋科考中仍然屡见不鲜，通信方案的优化迫在眉睫。

因此，设计一种能够用于提高物理信道光功率衰减下的通信能力和系统响应性的光纤通信装置，就显得十分必要。

例如，申请号为CN201821635967.7的中国实用新型专利所述的用于深海装备作业的通信装置，包括甲板控制单元和水下光电通信兼用中继单元，甲板控制单元安置于调查船上，水下光电通信兼用中继单元安置于深海装备拖曳支架上，甲板控制单元与水下光电通信兼用中继单元通过深海万米同轴缆或万米光电复合缆连接，水下光电通信兼用中继单元还与深海装备连接。虽然解决了深海装备调查时通信缆与深海装备接口不兼容导致海上无法作业或切换深海万米通信缆需要花费大量人力和船时的问题，实现对深海装备供电、探测数据上传及指令下达可靠稳定的双向通信，显著提升深海装备作业的兼容能力和海上调查效率，可节省大量昂贵的船时，具有很高的经济价值，但是其缺点在于，由于需要兼用中继单元，使得装置整体的抗光衰能力较差，影响光纤传播的距离，不但增加了装置的硬件成本，还降低了深海科学考察的经济性和科学性。

实用新型内容

本实用新型是为了克服现有技术中，深海远距离通信能力不稳定以及通信优化方案严重匮乏的问题，提供了一种抗光衰减能力强，能够提高光信号传输可靠性和光纤资源利用率的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置。

为了达到上述实用新型目的，本实用新型采用以下技术方案：

基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，包括岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备；所述岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备依次通信连接；所述岸机和第一合波器之间设有第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器和第二信号放大器均分别与岸机和第一合波器通信连接；所述第二合波器和终端设备之间设有第三信号放大器和第四信号放大器，所述第三信号放大器和第四信号放大器均分别与第二合波器和终端设备通信连接；所述岸机用于发送初始光信号。

作为优选，所述第一信号放大器、第二信号放大器第三信号放大器和第四信号放大器均为差分放大器。

作为优选，所述第一信号放大器的输入端与岸机连接，所述第一信号放大器的输出端与第一合波器连接；所述第二信号放大器的输入端与第一合波器连接，所述第二信号放大器的输出端与岸机连接；所述第三信号放大器的输入端与第二合波器连接，所述第三信号放大器的输出端与终端设备连接；所述第四信号放大器的输入端与终端设备连接，所述第四信号放大器的输出端与第二合波器连接。

作为优选，本实用新型还包括用于对信号进行去噪和去抖处理的光隔离器，所述光隔离器位于第一信号放大器和第一合波器之间；所述光隔离器的输入端与第一信号放大器的输出端连接，所述光隔离器的输出端与第一合波器的输入端连接。

作为优选，本实用新型还包括用于对信号进行去噪的滤波器；所述滤波器位于第三信号放大器和终端设备之间；所述滤波器的输入端与第三信号放大器的输出端连接，所述滤波器的输出端与终端设备的输入端连接。

作为优选，所述光缆长度至少1万米。

作为优选，所述岸机、第一信号放大器、第二信号放大器、光隔离器和第一合波器均位于水平面上。

作为优选，所述光缆、第一合波器、第三信号放大器、第四信号放大器、滤波器和终端设备均位于水平面下。

本实用新型与现有技术相比，有益效果是：(1)本实用新型用于提高物理信道光功率衰减下的通信能力和系统响应性，能有效的提高深海科学考察的经济性和科学性；(2)本实用新型对光信号进行了二次放大，消除了远距离传输过程中衰减过度导致的接收端无法接受的可能，使光信号在最终到达接收端时，信号强度仍然保持在接受阈值内，保证了整个装置的通信过程；(3)本实用新型还结合了波分复用技术，在保证整个装置高集成度的同时还提高了信号传输的可靠性；(4)本实用新型具有抗光衰减能力强，能够提高光信号传输可靠性和光纤资源利用率的特点。

附图说明

图1为本实用新型基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置的一种原理框图；

图2为本实用新型中合波器的一种结构示意图。

图中：岸机1、第一合波器2、光缆3、第二合波器4、终端设备5、第一信号放大器6、第二信号放大器7、第三信号放大器8、第四信号放大器9。

具体实施方式

为了更清楚地说明本实用新型实施例，下面将对照附图说明本实用新型的具体实施方式。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图，并获得其他的实施方式。

一个完整的光缆环路由岸机、光纤分配器、光滑环、万米光缆、光电分离盒、脐带缆和设备终端组成。

环路中的每个组成单元由于自身硬件或外界环境因素的干扰，会产生不同程度的光功率损耗，而且任何单元之间的连接通信也会损失光功率。

通过多次实测，实际计算得到了光缆环路中每一个单元的光功率损失如下：岸机2dB；光纤分配器2dB；光滑环6dB；万米光缆10dB；光电分离盒1dB；脐带缆3dB；设备终端2dB；单元连接处法兰，每个光法兰连接器约0.5dB，共约3dB。综上所述总计光功率损耗为29dB。(注：以上得统计为设备全新状态，若万米光缆经过拉扯，光滑环发现磨损，总体光衰将会大于本计算值。)

目前光纤通信方案采用的是国际标准的120kmSFP光电模块，所述光电模块的发射功率为2dBm，接收灵敏度为33dBm，总体抗光衰减能力仅为35dB，而上述通过全新光缆设备计算出的损耗衰已达29dB，差值仅为6dB，因此现有的国际标准很难满足系统长时间的稳定工作。

实施例1：

针对上述问题，如图1所示，本实用新型提供了基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，包括岸机1、第一合波器2、光缆3、第二合波器4和终端设备5；所述岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备依次通信连接；所述岸机和第一合波器之间设有第一信号放大器6和第二信号放大器7，所述第一信号放大器和第二信号放大器均分别与岸机和第一合波器通信连接；所述第二合波器和终端设备之间设有第三信号放大器8和第四信号放大器9，所述第三信号放大器和第四信号放大器均分别与第二合波器和终端设备通信连接；所述岸机用于发送初始光信号。

本实用新型中将四个信号放大器分为两组，每组信号放大器对光信号进行一次放大。经过二次放大后的光信号，消除了远距离传输过程中衰减过度导致的接收端无法接受的可能，使光信号在最终到达接收端时，信号强度仍然能够保持在接受阈值内，保证了整个装置的通信过程。

进一步的，所述第一信号放大器、第二信号放大器第三信号放大器和第四信号放大器均为差分放大器。差分放大器是普通的单端输入放大器的一种推广，只要将差分放大器的一个输入端接地，即可得到单端输入的放大，是一种零点漂移很小的直接耦合放大器，可以平衡输入和输出，常用来实现平衡与不平衡电路信号的转换。

进一步的，所述第一信号放大器的输入端与岸机连接，所述第一信号放大器的输出端与第一合波器连接；所述第二信号放大器的输入端与第一合波器连接，所述第二信号放大器的输出端与岸机连接；所述第三信号放大器的输入端与第二合波器连接，所述第三信号放大器的输出端与终端设备连接；所述第四信号放大器的输入端与终端设备连接，所述第四信号放大器的输出端与第二合波器连接。岸机发送初始信号并沿第一信号放大器、第一合波器、光缆、第二合波器和第三信号放大器，最终传输到终端设备，所述过程为上行通信；终端设备发送信号并沿第四信号放大器、第二合波器、光缆、第一合波器和第三信号放大器，最终传输回到终端设备，所述过程为下行通信。

进一步的，本实用新型还包括用于对信号进行去噪和去抖处理的光隔离器，所述光隔离器位于第一信号放大器和第一合波器之间；所述光隔离器的输入端与第一信号放大器的输出端连接，所述光隔离器的输出端与第一合波器的输入端连接。所述光隔离器用于对一次放大后的信号进行去噪和去抖处理。

进一步的，本实用新型还包括用于对信号进行去噪的滤波器；所述滤波器位于第三信号放大器和终端设备之间；所述滤波器的输入端与第三信号放大器的输出端连接，所述滤波器的输出端与终端设备的输入端连接。所述滤波器用于对二次放大后的信号进行去噪处理。

进一步的，所述光缆长度至少1万米。应用于深海通信要确保光缆的长度。

进一步的，所述岸机、第一信号放大器、第二信号放大器、光隔离器和第一合波器均位于水平面上。

进一步的，所述光缆、第一合波器、第三信号放大器、第四信号放大器、滤波器和终端设备均位于水平面下。

本实用新型还结合了波分复用技术，保证了整个装置高集成度的同时还提高了信号传输的可靠性。由于深海远距离有缆光纤通信存在上行和下行两个信道，国内万米光缆科考船标配四个光缆，在实际使用过程中，存在不同光纤通信性能不一致以及维持四根光纤在理想水平下维护成本过高的问题，针对该问题本实用新型设计了合波器的解决方案，将上行下行两路光纤使用合波器进行融合，使得通信仅仅依赖单股光纤就能实现双向通信，大大提高了光缆利用率。

如图2所示，合波技术的设计来源于波分复用(CWDM)的思想，波分复用的实现是利用光复用器将不同波长的光信号复用至单根光纤进行传输，在链路的接收端，借助光复用器将光纤中的混合信号分解为不同波长的信号，连接到相应的接收设备。因此只需要两根光纤就可以传输多路信号，极大增加光纤的传输容量，提高了光纤资源的利用率。波分复用器件根据用途可以分为分波器、合波器。其中合波器就是将不同光源波长的信号结合在一起，经过一根光纤输出的器件。

本实用新型中合波器(第一合波器和第二合波器)能有效实现波长复用功能，并且其相关参数能保证装置的网络性能。

在设计实际测试中，设定光反射系数＜-45dB，工作波长范围设置为1270nm-1610nm。经过反复实验，测得本实用新型方案使得信号放大器的最大输出功率为20dBm，最小输入功率为-35dBm，整套系统能够保证55dBm的抗光衰能力。

通过本实用新型的应用，能够将海上光纤通信抗光衰能力由传统得35dBm提升至55dBm。

本实用新型用于提高物理信道光功率衰减下的通信能力和系统响应性，能有效的提高深海科学考察的经济性和科学性；本实用新型对光信号进行了二次放大，消除了远距离传输过程中衰减过度导致的接收端无法接受的可能，使光信号在最终到达接收端时，信号强度仍然保持在接受阈值内，保证了整个装置的通信过程；本实用新型还结合了波分复用技术，在保证整个装置高集成度的同时还提高了信号传输的可靠性；本实用新型具有抗光衰减能力强，能够提高光信号传输可靠性和光纤资源利用率的特点。

以上所述仅是对本实用新型的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本实用新型提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，包括岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备；所述岸机、第一合波器、光缆、第二合波器和终端设备依次通信连接；所述岸机和第一合波器之间设有第一信号放大器和第二信号放大器，所述第一信号放大器和第二信号放大器均分别与岸机和第一合波器通信连接；所述第二合波器和终端设备之间设有第三信号放大器和第四信号放大器，所述第三信号放大器和第四信号放大器均分别与第二合波器和终端设备通信连接；所述岸机用于发送初始光信号。

2.根据权利要求1所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，所述第一信号放大器、第二信号放大器第三信号放大器和第四信号放大器均为差分放大器。

3.根据权利要求2所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，所述第一信号放大器的输入端与岸机连接，所述第一信号放大器的输出端与第一合波器连接；所述第二信号放大器的输入端与第一合波器连接，所述第二信号放大器的输出端与岸机连接；所述第三信号放大器的输入端与第二合波器连接，所述第三信号放大器的输出端与终端设备连接；所述第四信号放大器的输入端与终端设备连接，所述第四信号放大器的输出端与第二合波器连接。

4.根据权利要求1所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，还包括用于对信号进行去噪和去抖处理的光隔离器，所述光隔离器位于第一信号放大器和第一合波器之间；所述光隔离器的输入端与第一信号放大器的输出端连接，所述光隔离器的输出端与第一合波器的输入端连接。

5.根据权利要求4所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，还包括用于对信号进行去噪的滤波器；所述滤波器位于第三信号放大器和终端设备之间；所述滤波器的输入端与第三信号放大器的输出端连接，所述滤波器的输出端与终端设备的输入端连接。

6.根据权利要求1-5任一项所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，所述光缆长度至少1万米。

7.根据权利要求4所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，所述岸机、第一信号放大器、第二信号放大器、光隔离器和第一合波器均位于水平面上。

8.根据权利要求5所述的基于光纤放大器的深海远距离无中继光纤通信装置，其特征在于，所述光缆、第一合波器、第三信号放大器、第四信号放大器、滤波器和终端设备均位于水平面下。

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