激光链路对通信网络系统性能影响(精品).docx
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1、激光链路对通信网络系统性能影响【摘要】全球能源互联网是一个服务范围广、绿色低碳的全球能源配置平台。在全球能源互联网中,将不可避免地使用到卫星通信网与地面电力专网或地面光纤网的协同通信技术,而星地或卫星之间的激光通信链路作为卫星通信网中的重要组成部分,其信号传输质量会遭到大气信道的严重影响。为保障天地协同通信网的通信质量,本文针对大气信道对激光链路的造成的影响进行了仿真研究,并对激光信号链路和微波信号链路的传输质量进行了比照。仿真结果将对基于激光链路的天地协同通信网络的建设提供参考建议。【关键词】全球能源互联网;天地协同通信;激光链路;大气衰减;大气湍流国家电网公司提出的全球能源互联网是一个服务
2、范围广、配置能力强、安全可靠性高、绿色低碳的全球能源配置平台。全球能源互联网将由跨国跨洲骨干网架和涵盖各国各电压等级电网的国家泛在智能电网构成,连接“一极一道和各洲大型能源基地,适应多种分布式可再生能源接入需要。支撑全球能源互联的天地协同通信网是一个要求覆盖面广、实时性好、通信能力稳定的复杂网络体系,主要由空间段、地面段和用户段组成。地面电力通信专网具有安全性高和时延小的特点,但在北极和沙漠地区电力通信专网尚未覆盖,借助空间段卫星通信覆盖范围广的优势,将采用基于激光链路的卫星网和地面电力专网或光纤网进行协同通信。但在星地之间平流层下面传输的激光链路会不可避免地遭到大气信道的影响。近年来,国内外
3、有很多研究单位和学者都对天地协同通信网络进行了研究。2013年,美国国家航空局NASA的Israel等人提出了基于延迟容忍DTN网络的GEO激光通信的继电器架构。2015年英国斯凯莱德大学的Mushet等人对于地球轨道上的自组织卫星星座自主任务分配的问题提出了一种新的解决方案,该方案能够让卫星在地球外表上的目的群上聚集。在国内,2014年,我国自主研发的北斗卫星导航系统研制工作获得重大进展,现已覆盖整个亚洲地区。多功能、多轨道覆盖卫星系统已经基本建立,其中包括遥感、导航和定位、网络通信、跟踪与数据中继等多种卫星组成的空间基础设施。为了保障全球能源互联网天地协同通信网中星间激光通信与地面电力专网
4、或地面光纤通信网的协同通信质量,本文重点仿真研究了大气信道将对天地协同通信网中激光链路造成的影响,并对激光链路和微波链路的传输质量进行了比照,仿真结果将对基于激光链路的天地协同通信网的建设提供参考建议。2基于激光链路的天地协同通信方案全球能源互联天地协同通信网中存在着卫星网络与地面电力专网或地面光纤通信网协同通信的情况,其协同通信主要体如今两个方面:一方面是星地通信网络与地面电力专网的协同;另一方面则是星地协同,即卫星通信网与地面电力专网或光线网的协同通信。本文设计了基于多层卫星网络的电力专网与星地通信网协同系统。如图1所示,该协同系统中主要包括多层卫星网络和地面电力专网。其中,多层卫星网络由
5、GEOGeosynchronousEarthOrbit,地球静止轨道卫星和LEOLowEarthOrbit,低轨卫星组成,主要用于接收变电站发送来的数据,对数据进行业务分级,并根据数据优先级和网络拥塞情况,选择数据的传输途径,并将该数据发送给目的变电站。GEO卫星用于覆盖该卫星对地静止的区域并负责卫星网络的消息处理和转发;LEO卫星负责卫星网络的消息处理和转发。地面电力网中的变电站也具有对数据进行发送或传输,并为其选择适宜传输途径的功能。基于多层卫星网络的电力专网与星地通信网协同传输方案包含两种工作状态。变电站在地面电力专网状况良好时,通过地面通信;在地面电力专网故障时,造成无法传输电网业务的
6、情况下,采用地面电力专网与北斗卫星系统协作的传输方式,根据地面电力专网的情况向卫星网络发送数据,通过卫星协同通信。因而,本文还设计了卫星网络与地面电力专网或光纤网的协同传输形式。地面电力通信专网具有安全性高和时延小的特点,但在北极和沙漠地区电力通信专网尚未覆盖,借助空间段卫星通信覆盖范围广的优势,能够实现基建现场视频等业务的有效传输。在全球能源互联网中,当卫星和电力专网同时覆盖变电站或终端时,在这种情况下,所有业务从地面段网络进行传输,卫星通信作为应急保障和备用通信通道。在地面电力专网或地面光纤网通信难以施行的情况下,将采用星地之间或卫星之间的激光链路进行通信。如图2所示的天地协同通信系统中,
7、以从A变电站向D变电站发送信息为例讲明拟采用的卫星与地面电力专网的协同通信方案。当电力系统的地面专网状况良好时,从A变电站发送业务信息到D变电站的道路为A-B-C-D,整个传输经过均在地面电力专网中实现。当地面的A变电站与D变电站之间的电力专网出现障碍甚至中断,造成无法传输电网业务的情况下,采用地面电力专网与卫星协作的传输方式,先由A通过星地之间的激光链路将信息发送到覆盖A变电站的卫星,通过星间激光链路中转到覆盖变电站B的卫星,最后再通过星地之间激光链路将消息传输到D,完成业务的传输。当A站需要发送消息到卫星网络,而A与卫星之间的激光链路中断或者由于雨雪雷电等天气导致通信链路中断或传输误码率很
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