[发明专利]一种多个水下站点信号传输网络系统及运行方法

说明书

本发明为一种多个水下站点信号传输网络系统及运行方法，本系统岸基中心站的岸基控制中心连接的下行信号处理模块和n个上行信号处理模块连接到(n+1)波波分复用器；各水下站点的水下控制中心、信号处理模块和光分路器依次连接；岸基中心站的(n+1)波波分复用器接第一水下站点的光分路器，第一水下站点的光分路器接至第二水下站点的光分路器，依次级联至第n水下站点的光分路器。运行时岸基中心站的下行光信号经各光分路器分光到各水下站点，各水下站点的不同波长的上行光信号由光分路器合成一路送到岸基中心站经波分复用器解复用。本发明用单芯传输光纤传输多个站点的上下行信号，与现有系统相比功耗低、体积小、可靠性高、传输距离远。

技术领域

本发明涉及水下低速模拟信号采集和传输技术领域，具体为一种多个水下站点信号传输网络系统及运行方法。

背景技术

随着水下光纤网络及国家海洋战略的发展,多种类的水下探测平台、水下通信平台、水下导航对抗平台和水下评估平台等均大量出现。水下设备的搭建中必不可少的是水下通信网络。光纤传输以其重量轻、保密性好的优点,越来越多地被应用于水下通信网络的建设以及用于水下设备信号的采集、探测和传输。

水下设备由于维护的难度很高，成本较陆基设备成倍数的增加，用户对通信系统的可靠性、稳定度以及传输距离等方面都提出了更高的要求，同时由于水底供电的复杂性，对设备的功耗要求也极其苛刻。

目前较为常用的数据信号传输方式是采用专用复接芯片和采用FPGA内部的GTX/GTP模块两种方式，将水下设备和岸基中心站之间所需传输的并行数据信号先转换成串行信号，再调制转换成光信号进行传输。传输光纤中信号传输速率一般都为1.25G或者更高，而且复接的传输方式可以在一根光纤中同时传输多路不同信号。但是对于水下信息系统来说有如下几个问题：其一是水下设备的信号速率都较低(目前需要采集的信号速率都在100kHz以内)，采用1.25G的速率的光纤进行传输，大部分的传输带宽被浪费了。其二是采用专用复接芯片或FPGA内部的GTX/GTP模块这两种传输方式,需要使用与光纤配套的1.25G或者更高速率的器件，这就使设备功耗较高。功耗的增加对于供电比较苛刻的水下设备来说是致命的缺陷。同时这也降低了水下设备的可靠性。

现有的水下信息网络大多是一个岸基的中心站和与其连接n个水下站点组成的信号传输网络。岸基中心站负责信号处理，即完成水下站点信号的收集汇总并对水下站点进行控制和状态监测。

常见的水下信息网络有两种：一种是岸基中心站与各水下站点一对一的连接，当岸基中心站向多个水下站点发送控制数据时，岸基中心站将控制数据分成n组相同数据，每组数据单独使用一个传输通道分别向水下n个站点进行一对一发送。各水下站点向岸基中心站也是通过独立的传输通道。这种网络实现比较简单，但是岸基中心站由于通道数量的增加将导致体积及功耗增加。同时传输通道随站点的增加而增加，所需通道数量要与水下站点一致，而水下信息网络中由于其应用的特殊性，传输通道链路有限，除非在初始铺设的时候预留通道，否则网络没有扩展性。

另一种级联方式组网，岸基中心站与第一个站点连接，第一个站点连接第二个站点，依次连接到第n个站点。岸基中心站将控制数据发送到第一个站点，第一个站点作为中继将控制数据发送到第二个站点，第二个站点再向下发送，由此依次发送到第n个站点。各水下站点向岸基中心站发送其采集的数据时，第n个站点的数据先发送到第n-1个站点，第n-1个站点接收后作为中继将第n个站点的数据和其本身站点的数据一起上行到第n-2个站点，如此一直上行到第一个站点。级联方式岸基中心站不需要做其他额外配置，但由于水下站点作为中继要完成转发，需要增加其功耗和体积。另外逐级上行的形式，所需信号传输带宽逐渐增加。特别是级联网络中途一个站点出现中继故障势必影响其后所有站点数据丢失，降低了系统的可靠性。

发明内容