CN109302259A - 一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法 - Google Patents

一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法 Download PDF

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CN109302259A CN201811363908.3A CN201811363908A CN109302259A CN 109302259 A CN109302259 A CN 109302259A CN 201811363908 A CN201811363908 A CN 201811363908A CN 109302259 A CN109302259 A CN 109302259A
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Abstract

本发明为一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法，本***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***相比功耗低、体积小、可靠性高、传输距离远。

Description

一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法
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***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***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***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***的可靠性。
发明内容
本发明的目的是设计一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法，本***岸基中心站与多个水下站点构成依次连接的级联数据信号传输网络，在各水下站点配置无源非对称光分路器，从一根传输光纤传送下行光信号分送到各个水下站点；各水下站点的上行光信号波长不同，双向功能的光分路器将多个水下站点的上行光信号合成一路光信号由同一传输光纤传送到岸基中心站再解复用。满足水下信息网络信号传输低功耗、小体积、低速率的特殊要求，实现水下信息网络中多路模拟信号的采样及远距离传输。
本发明设计的一种多个水下站点信号传输网络***包括一个岸基中心站和与其连接的n个水下站点，所述岸基中心站包括岸基控制中心及其连接的一个下行信号处理模块、n个上行信号处理模块、一个时钟模块和一个(n+1)波波分复用器。时钟模块提供的参考时钟分别接入下行信号处理模块和n个上行信号处理模块；(n+1)波波分复用器连接下行信号处理模块和n个上行信号处理模块，将下行信号送入传输网络，将n个上行信号分送到n个上行信号处理模块。各水下站点包括水下控制中心和与之连接的信号处理模块，以及与信号处理模块连接的光分路器。岸基中心站的(n+1)波波分复用器经光纤连接至第一水下站点的光分路器，第一水下站点的光分路器经光纤连接至第二水下站点的光分路器，如此依次级联，至第n水下站点的光分路器。
所述n≤8。
所述岸基中心站和第一水下站点的间距、各相邻水下站点的间距为10km～14km，最远的水下站点与岸基中心站的距离小于或等于100km。
所述光分路器是无源宽带非对称光分路器，其工作波长范围是1270nm～1610nm。各水下站点的光分路器的分光比不同，第一水下站点的光分路器分到本信号处理模块光信号的功率占到达本水下站点光信号功率的比例P11＝1％，此后各水下站点根据到达本站点的光信号功率，以满足本水下站点所需光功率计算本水下站点光分路器分到本信号处理模块光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例Pi1。i为1至n的整数。
岸基中心站发出的光功率S，到达第i水下站点的光功率为Si为S减去到达该水下站点前的在传输光纤上的衰减量M1i和在各光分路器上的衰减量M2i。
在传输光纤上每公里的衰减量m＝0.22～0.25dB/km，岸基中心站和第一水下站点之间的传输光纤长度为D1km,第二水下站点和第一水下站点之间的传输光纤长度为D2km,如此类推，第n水下站点和第n-1水下站点之间的传输光纤长度为Dnkm。那么在到达第i水下站点前在传输光纤上的衰减量
在第i水下站点其光分路器的衰减量M2i＝10×lg(Pi2)，Pi2为第i光分路器分到下一个水下站点光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例,Pi1+Pi2＝1。在第i水下站点前有i-1个水下站点，在到达第i水下站点前i-1个水下站点光分路器的衰减量之和
到达第i水下站点的光功率Si＝S-M1i-SM2i。
分配到第i水下站点信号处理模块的光功率Ei最小值为-35dBm，Ei≥-35dBm，
Si-10×lg(Pi1)＝Ei
Si-10×lg(Pi1)≥-35
所述岸基中心站发出的下行光信号的波长为λ0所述各水下站点的光分路器发出的上行光信号的波长为λ1、λ2、……、λn，λ1、λ2、……、λn之间的波长差采用CWDM方式时等于或大于20nm，采用DWDM方式时等于或大于2nm，λ0与λ1、λ2、……、λn中任一个之间的波长差等于或大于150nm。
所述岸基中心站的下行信号处理模块包括依次相连接的模数转换整形子模块、复接子模块和电光转换子模块，岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟接入复接子模块。
岸基中心站的n个上行信号处理模块结构相同，每个上行信号处理模块包括依次相连的光电转换子模块、解复接子模块、数模转换子模块和驱动子模块，所得水下站点的上行信号送入岸基中心站的控制中心。岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟也接入解复接子模块。
所述岸基中心站下行信号处理模块的电光转换子模块和各上行信号处理模块的光电转换子模块为带数据诊断功能(DDM)的SFF封装焊接式光模块。
各水下站点的信号处理模块结构相同，包括与光分路器相连的下行通道和上行通道，下行通道包括OE转换子模块、解复用子模块和DA转换/驱动子模块，OE转换子模块将从光分路器得到岸基中心站发来的光信号，转换为电信号送入解复用子模块，解出的并行数字信号和参考时钟接入DA转换/驱动子模块，其得到的模拟信号经滤波整形驱动后送入水下站点控制中心。上行通道包括EO转换子模块、复用子模块和AD转换/整形子模块，水下站点控制中心采集的模拟上行信号送入AD转换/整形子模块；转换所得数字信号经整形后和参考时钟一起接入复用子模块，复用为上行信号，再经EO转换子模块，电光转换后得波长为λi的光信号送入光分路器。
本发明设计的一种多个水下站点信号传输网络***的运行方法，分为岸基中心站的下行信号向各水下站点的传输方法和各水下站点采集的上行信号向岸基中心站的传输方法，具体如下：
下行信号的传输方法
岸基中心站的控制中心发出的下行信号先进入模数转换整形子模块转换为数字信号并整形，再接入复接子模块采用时钟模块送入的参考时钟对信号进行复接，之后进入电光转换子模块，转换为波长λ0的下行光信号送入(n+1)波波分复用器。
(n+1)波波分复用器将岸基中心站发出的λ0波长的下行光信号与各水下站点n个不同波长的上行光信号复用成一路光信号，在光纤上传输，下行光信号输入到第一水下站点的第一光分路器，第一光分路器按本水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第一水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号沿传输光纤继续下行到达第二水下站点的第二光分路器，第二光分路器按本水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第二水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号沿传输光纤继续下行到达第三水下站点的第三光分路器；如此级联下行信号送至第n水下站点的第n光分路器，第n光分路器按本水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第n水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号作为***扩展备用。
各水下站点的信号处理模块对下行信号的处理方法相同，光分路器分出的较少的光信号送入信号处理模块的下行通道，先进入OE转换子模块，将下行光信号转换为高速串行信号输入到解复用子模块，从高速串行信号中解出并行数据信号以及与岸基中心站的时钟同步的参考时钟，参考时钟同时输入DA转换/驱动子模块、AD转换/整形子模块和复用子模块，水下站点的各子模块均采用下行信号中恢复所得的参考时钟对信号进行处理，使水下站点时钟与岸基中心站时钟同步，确保***时钟统一，为岸基中心站后续的信号处理提供方便。并行数据信号接入DA转换/驱动子模块，DA转换/驱动子模块使用恢复出来的参考时钟进行并行数据信号的数模转换，得到的模拟信号经滤波整形和驱动，接入水下站点控制中心。
上行信号的传输
第n水下站点控制中心将本水下站点采集和处理后的上行信号经本水下站点的信号处理模块处理得到本水下站点的波长为λn的上行光信号送入其连接的第n光分路器，第n光分路器将其输出到传输光纤；当到达第n-1水下站点的第n-1光分路器，第n-1光分路器将本水下站点波长为λn-1的上行光信号与传输光纤送来的前一水下站点波长为λn的上行光信号合成一路光信号，继续沿传输光纤上行传送，如此级联，到第一水下站点的第一光分路器将波长为λn、λn-1、……、λ1的上行光信号合成一路光信号,沿传输光纤上行传送至岸基中心站的(n+1)波波分复用器，(n+1)波波分复用器将水下站点上行的复用光信号解复用为n个不同波长的光信号分送到岸基中心站的n个上行信号处理模块。
各水下站点的信号处理模块对上行信号的处理方法相同，水下站点控制中心将本水下站点采集的准备传送到岸基中心站的上行信号送入信号处理模块的上行通道，先进入AD转换/整形子模块，该子模块采用下行信号中恢复所得的参考时钟工作，对上行信号进行模拟信号滤波、阻抗匹配及A/D转换，得到数字信号，送入复用子模块，同样采用下行信号中恢复所得的参考时钟将数字化的上行信号复接成一路高速串行信号输入到EO转换子模块，将电信号转换成本水下站点设定波长的光信号，送入光分路器。
岸基中心站的n个上行信号处理模块运行方法相同。(n+1)波波分复用器将复用的光信号解复用为n个不同波长的光信号分送到对应的上行信号处理模块，先进入光电转换子模块，完成光信号到电信号的转换、整形及阻抗匹配；转换所得电信号输入到解复接子模块，从高速串行信号中解出并行数字信号和与之同步的时钟信号，送入数模转换子模块，数模转换子模块使用解复接子模块提供的时钟信号对并行数字信号进行数模转换和滤波整形，送入驱动子模块对信号驱动输出，同时将上行的状态电平信号整形后输出到岸基中心站的控制中心。
与现有技术相比，本发明一种多个水下站点信号传输网络***及运行方法的优点为：岸基中心站与多个水下站点构成数据信号的传输网络，采用无源宽带非对称光分路器，各个水下站点的光分路器按照其与中心站的距离选择不同的分光比，用单芯传输光纤传送的下行光信号分送到各个水下站点；各水下站点的上行光信号波长不同，双向功能的光分路器将多个水下站点的上行光信号合成一路光信号由同一传输光纤传送到岸基中心站再解复用。充分利用了光纤传输的带宽和各个光模块的接收动态范围；同时显著减小水下站点的功耗及体积，其功耗和体积与有源中继和点对点传输相比，减少25％以上，水下站点实际测试功耗由3.5w减少到2.6w，实现岸上与水下多路模拟信号的无损、高可靠性、低功耗、远距离传输，同时由于采用单芯光纤传输所有水下站点的上下行信号，降低了***布设的难度和成本。
附图说明
图1为多个水下站点信号传输网络***实施例整体框图；
图2为图1中岸基中心站的下行信号处理模块结构框图；
图3为图1中岸基中心站的某个上行信号处理模块结构框图；
图4为图1中某个水下站点的信号处理模块结构框图。
具体实施方式
多个水下站点信号传输网络***实施例
本多个水下站点信号传输网络***实施例的整体结构如图1所示，包括一个岸基中心站和与其连接的5个水下站点，本例岸基中心站包括岸基控制中心及其连接的一个下行信号处理模块、5个上行信号处理模块、一个时钟模块和一个6波波分复用器。时钟模块提供的参考时钟分别接入下行信号处理模块和5个上行信号处理模块；6波波分复用器连接下行信号处理模块和5个上行信号处理模块，将下行信号送入传输网络，同时将5个上行信号分送到5个上行信号处理模块。各水下站点包括水下控制中心和与之连接的信号处理模块，以及与信号处理模块连接的光分路器。岸基中心站的6波波分复用器经光纤连接至第一水下站点的光分路器，第一水下站点的光分路器经光纤连接至第二水下站点的光分路器，如此依次级联，至第五水下站点的光分路器。
本例岸基中心站和第一水下站点的间距、各水下站点相邻的间距均为12km，最远的水下站点与岸基中心站的距离为60km。
本例光分路器是无源的宽带非对称光分路器，其工作波长范围是1270nm～1610nm。各水下站点的光分路器的分光比不同，第一水下站点的分到本信号处理模块光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例P11＝1％，分到第二水下站点的光信号功率所占到达本水下站点光信号功率的比例P12＝99％，此后各水下站点根据到达本水下站点的光信号功率，以满足本水下站点所需光功率来计算光分路器分到本水下站点信号处理模块光信号与分到下一级水下站点光信号的比例Pi1,Pi2；Pi1+Pi2＝1。本例P21＝1％，P22＝99％；P31＝2％，P32＝98％；P41＝5％，P42＝95％；P51＝5％，P52＝95％。
本例岸基中心站发出的光功率S，到达第一水下站点的光功率为S1＝0dBm,该值为S减去岸基中心站到达第一水下站点前在传输光纤上的衰减量M11。
信号在光纤中传输时每公里的衰减量m＝0.22～0.25dB/km，岸基中心站和第一水下站点之间的传输光纤长度为12km,各相邻水下站点之间的传输光纤长度为12km,那么在到达第i水下站点前在传输光纤上的衰减量
在第i水下站点其光分路器的衰减量M2i＝10×lg(Pi2)Pi2为第i光分路器分到下一个水下站点光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例。在第i水下站点前有i-1个水下站点，在到达第i水下站点前i-1个水下站点光分路器的衰减量之和
到达第i水下站点的光功率Si＝S-M1i-SM2i。
分配到第i水下站点信号处理模块的光功率Ei最小值为-35dBm，Ei≥-35dBm，
Si-10×lg(Pi1)＝Ei
Si-10×lg(Pi1)≥-35
本例采用CWDM方式，岸基中心站发出的下行光信号的波长为λ0＝1310nm。本例各水下站点的光分路器发出的上行光信号的波长分别为λ1＝1490nm、λ2＝1510nm、λ3＝1530nm、λ4＝1550nm、λ5＝1570nm。
本例岸基中心站的下行信号处理模块的结构如图2所示，包括依次相连接的模数转换整形子模块、复接子模块和电光转换子模块，岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟接入复接子模块。
岸基中心站的5个上行信号处理模块结构相同，如图3所示，每个上行信号处理模块包括依次相连的光电转换子模块、解复接子模块、数模转换子模块和驱动子模块，水下站点的上行信号送入岸基中心站的控制中心。岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟也接入解复接子模块。
本例岸基中心站下行信号处理模块的电光转换子模块和各上行信号处理模块的光电转换子模块为带数据诊断功能(DDM)的SFF封装焊接式光模块。岸基中心站通过数据诊断接口实时的监测***中所有电光转换模块和光电转换子模块的工作状态。
本例各水下站点的信号处理模块结构相同，如图4所示，包括与光分路器相连的下行通道和上行通道，下行通道包括OE转换子模块、解复用子模块和DA转换/驱动子模块，OE转换子模块将从光分路器得到岸基中心站发来的光信号，转换为电信号送入解复用子模块，解出的并行数字信号和参考时钟接入DA转换/驱动子模块，其得到的模拟信号并经滤波整形驱动后送入水下站点控制中心。上行通道包括EO转换子模块、复用子模块和AD转换/整形子模块，水下站点控制中心采集的模拟上行信号送入AD转换/整形子模块；转换所得数字信号经整形后和参考时钟一起接入复用子模块，复用为上行信号，再经EO转换子模块，电光转换后得波长为λi的光信号送入光分路器。
多个水下站点信号传输网络***的运行方法实施例
本多个水下站点信号传输网络***的运行方法实施例，采用上述多个水下站点信号传输网络***实施例进行实施，分为岸基中心站的下行信号向各水下站点的传输方法和各水下站点采集的上行信号向岸基中心站的传输方法，具体如下：
下行信号的传输方法
岸基中心站的控制中心发出的下行信号先进入模数转换整形子模块转换为数字信号并整形，再接入复接子模块采用时钟模块送入的参考时钟对信号进行复接，之后进入电光转换子模块，转换为波长λ0＝1310nm下行光信号送入6波波分复用器。
6波波分复用器将岸基中心站发出的波长为λ0＝1310nm的下行光信号与各水下站点的5个不同波长的上行光信号复用成一路光信号，在光纤上传输。在第一水下站点的第一光分路器，按设定的分光比P1＝1:99将输入的下行光信号非对称地分成两路，1％的光信号送入第一水下站点信号处理模块，99％的光信号沿传输光纤继续下行到达第二水下站点的第二光分路器；第二光分路器按设定的分光比P2＝1:99将输入的下行光信号非对称地分成两路，1％的光信号送入第二水下站点信号处理模块，99％的光信号，沿传输光纤继续下行到达第三水下站点的第三光分路器。如此级联下行信号送至第5水下站点的第5光分路器，第5光分路器按设定的分光比P5＝5:95将输入的下行光信号非对称地分成两路，5％的光信号送入第5水下站点信号处理模块，95％的光信号为-20dBm，作为***扩展备用。
各水下站点的信号处理模块对下行信号的处理方法相同，光分路器分出的较少的光信号送入其信号处理模块的下行通道，先进入OE转换子模块，将下行光信号转换为高速串行信号输入到解复用子模块，从高速串行信号中解出并行数据信号以及与岸基中心站的时钟同步的参考时钟，参考时钟同时输入DA转换/驱动子模块、AD转换/整形子模块和复用子模块，水下站点的各子模块均采用下行信号中恢复所得的参考时钟进行信号处理；并行数据信号接入DA转换/驱动子模块，使用恢复出来的参考时钟进行并行数据信号的数模转换，得到的模拟信号经滤波整形和驱动，接入水下站点控制中心。
上行信号的传输
第5水下站点控制中心将本水下站点采集和处理后的上行信号经本水下站点的信号处理模块处理得到本水下站点的波长为λ5＝1570nm的上行光信号送入与其连接的第5光分路器，第5光分路器将其输出到传输光纤；当到达第4水下站点的第4光分路器，第4光分路器将本水下站点波长为λ4＝1550nm的上行光信号与传输光纤送来的第五水下站点波长为λ5＝1570nm的上行光信号合成一路光信号，继续沿传输光纤上行传送，如此级联，到第一水下站点的第一光分路器将波长为λ5、λ4、……、λ1的5种上行光信号合成一路光信号,沿传输光纤上行传送至岸基中心站的6波波分复用器，6波波分复用器将水下站点上行的复用光信号解复用为5个不同波长的光信号分送到岸基中心站的5个上行信号处理模块。
各水下站点的信号处理模块对上行信号的处理方法相同，水下站点控制中心将准备传送到岸基中心站的本水下站点采集的上行信号送入信号处理模块的上行通道，先进入AD转换/整形子模块，该子模块采用下行信号中恢复所得的参考时钟工作，对上行信号进行模拟信号滤波、阻抗匹配及A/D转换，得到的数字信号送入复用子模块，同样采用下行信号中恢复所得的参考时钟号对数字化的上行信号进行复接，将多路并行数字信号复用成一路高速串行信号输入到EO转换子模块，将电信号转换成本水下站点设定波长的光信号，送入光分路器。
岸基中心站的5个上行信号处理模块运行方法相同。6波波分复用器将复用的光信号解复用为5个不同波长的光信号分送到对应的上行信号处理模块，先进入光电转换子模块，完成光信号到电信号的转换、整形及阻抗匹配；转换所得电信号输入到解复接子模块，从高速串行信号中解出并行数字信号和与之同步的时钟信号，送入数模转换子模块，数模转换子模块使用解复接子模块提供的时钟信号对并行数字信号进行数模转换和滤波整形，送入驱动子模块对信号加强，同时将上行的状态电平信号整形后输出到岸基中心站的控制中心。
本多个水下站点信号传输网络***的运行方法实施例中各水下站点的光信号运行参数一览表如图1所示，其中12km的传输光纤上的光功率的衰减计为3dB，各光分路器分出的两路光信号衰减情况具体见下表1。
表1：本***各水下站点的光信号运行参数一览表
上表列出了本例5个水下站点的情况，上表中第1行水下站点的输入光功率减去第2行在传输光纤上的衰减量和第4行光分路器分到下一水下站点的光信号衰减量(不足1dBm的***损耗按照1dBm计算)，即得到第7行输出到下一水下站点的光功率。各个水下站点OE转换子模块的接收光功率最小为-29dBm。按现有光模块的工艺、技术，在155M速率下，其接收灵敏度一般都在-35dBm，5个水下站点都能满足要求。第五水下站点输出备用光信号功率为-20dBm，为***留有扩展余量。
本发明采用非对称宽带光分路器组建的水下信息传输网络，使用无源光分路器的组网替代常用的有源中继的组网方式，实现了多个水下站点信号的同步传输，解决了有源中继带来的大体积、高功耗的问题。同时无源光分路器与各个水下站点信号处理模块的电气性能无关，网络中某个水下站点信号处理模块的电气功能的失效也不会对其他水下站点的上下行信号产生影响，解决了有源中继方式中一个水下站点故障，其后续水下站点均受影响的问题，大大提高了***的可靠性。
上述实施例，仅为对本发明的目的、技术方案和有益效果进一步详细说明的具体个例，本发明并非限定于此。凡在本发明的公开范围之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种多个水下站点信号传输网络***，包括一个岸基中心站和与其连接的n个水下站点，所述岸基中心站包括岸基控制中心及其连接的一个下行信号处理模块、n个上行信号处理模块、一个时钟模块和一个(n+1)波波分复用器；时钟模块提供的参考时钟分别接入下行信号处理模块和n个上行信号处理模块；(n+1)波波分复用器连接下行信号处理模块和n个上行信号处理模块；各水下站点包括水下控制中心和与之连接的信号处理模块，以及与信号处理模块连接的光分路器；岸基中心站的(n+1)波波分复用器经光纤连接至第一水下站点的光分路器，第一水下站点的光分路器经光纤连接至第二水下站点的光分路器，如此依次级联，至第n水下站点的光分路器；
所述n≤8。
2.根据权利要求1所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述岸基中心站和第一水下站点的间距、各相邻水下站点的间距为10km～14km，最远的水下站点与岸基中心站的距离小于或等于100km。
3.根据权利要求1所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述光分路器是无源宽带非对称光分路器，其工作波长范围是1270nm～1610nm；各水下站点的光分路器的分光比不同，第一水下站点的光分路器分到本信号处理模块光信号的功率占到达本水下站点光信号功率的比例P11＝1％，此后各水下站点根据到达本站点的光信号功率，以满足本水下站点所需光功率计算本水下站点光分路器分到本信号处理模块光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例Pi1，i为1至n的整数。
4.根据权利要求3所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述岸基中心站发出的光功率S，到达第i水下站点的光功率为Si为S减去到达该水下站点前的在传输光纤上的衰减量M1i和在各光分路器上的衰减量M2i，即Si＝S-M1i-M2i；
在传输光纤上每公里的衰减量m＝0.22～0.25dB/km，岸基中心站和第一水下站点之间的传输光纤长度为D1km,第二水下站点和第一水下站点之间的传输光纤长度为D2km,如此类推，第n水下站点和第n-1水下站点之间的传输光纤长度为Dnkm；在到达第i水下站点前在传输光纤上的衰减量
在第i水下站点其光分路器的衰减量M2i＝10×lg(Pi2)Pi2为第i光分路器分到下一个水下站点光信号功率占到达本水下站点光信号功率的比例，在第i水下站点前有i-1个水下站点，在到达第i水下站点前i-1个水下站点光分路器的衰减量之和Pi1+Pi2＝1；
到达第i水下站点的光功率Si＝S-M1i-SM2i。
分配到第i水下站点信号处理模块的光功率Ei最小值为-35dBm，Ei≥-35dBm，
Si-10×lg(Pi1)＝Ei
Si-10×lg(Pi1)≥-35
5.根据权利要求1所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述岸基中心站发出的下行光信号的波长为λ0，所述各水下站点的光分路器发出的上行光信号的波长为λ1、λ2、……、λn，λ1、λ2、……、λn之间的波长差采用CWDM方式时等于或大于20nm，采用DWDM方式时等于或大于2nm；λ0与λ1、λ2、……、λn中任一个之间的波长差等于或大于150nm。
6.根据权利要求1所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述岸基中心站的下行信号处理模块包括依次相连接的模数转换整形子模块、复接子模块和电光转换子模块，岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟接入复接子模块；
岸基中心站的n个上行信号处理模块结构相同，每个上行信号处理模块包括依次相连的光电转换子模块、解复接子模块、数模转换子模块和驱动子模块，所得水下站点的上行信号送入岸基中心站的控制中心。岸基中心站的时钟模块产生的参考时钟也接入解复接子模块。
7.根据权利要求6所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
所述岸基中心站下行信号处理模块的电光转换子模块和各上行信号处理模块的光电转换子模块为带数据诊断功能的SFF封装焊接式光模块。
8.根据权利要求1所述的多个水下站点信号传输网络***，其特征在于：
各水下站点的信号处理模块结构相同，包括与光分路器相连的下行通道和上行通道，下行通道包括OE转换子模块、解复用子模块和DA转换/驱动子模块，OE转换子模块将从光分路器得到岸基中心站发来的光信号，转换为电信号送入解复用子模块，解出的并行数字信号和参考时钟接入DA转换/驱动子模块，其得到的模拟信号经滤波整形驱动后送入水下站点控制中心；上行通道包括EO转换子模块、复用子模块和AD转换/整形子模块，水下站点控制中心采集的模拟上行信号送入AD转换/整形子模块；转换所得数字信号经整形后和参考时钟一起接入复用子模块，复用为上行信号，再经EO转换子模块，电光转换后得波长为λi的光信号送入光分路器。
9.根据权利要求1至8中任一项所述的多个水下站点信号传输网络***的运行方法，其特征在于：
所述多个水下站点信号传输网络***的运行方法，分为岸基中心站的下行信号向各水下站点的传输方法和各水下站点采集的上行信号向岸基中心站的传输方法，具体如下：
下行信号的传输方法
岸基中心站的控制中心发出的下行信号先进入模数转换整形子模块转换为数字信号并整形，再接入复接子模块采用时钟模块送入的参考时钟对信号进行复接，之后进入电光转换子模块，转换为波长λ0的下行光信号送入(n+1)波波分复用器；
(n+1)波波分复用器将岸基中心站发出的λ0波长的下行光信号与各水下站点n个不同波长的上行光信号复用成一路光信号，在光纤上传输；下行光信号输入到第一水下站点的第一光分路器，第一光分路器按本水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第一水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号沿传输光纤继续下行到达第二水下站点的第二光分路器；第二光分路器按本水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第二水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号沿传输光纤继续下行到达第三水下站点的第三光分路器；如此级联下行信号送至第n水下站点的第n光分路器，第n光分路器按其水下站点设定的分光比将输入的下行光信号非对称地分成两路，一路较少的光信号送入第n水下站点信号处理模块，另一路较多的光信号作为***扩展备用；
各水下站点的信号处理模块对下行信号的处理方法相同，光分路器分出的较少的光信号送入信号处理模块的下行通道，先进入OE转换子模块，将下行光信号转换为高速串行信号输入到解复用子模块，从高速串行信号中解出并行数据信号以及与岸基中心站的时钟同步的参考时钟，参考时钟同时输入DA转换/驱动子模块、AD转换/整形子模块和复用子模块，水下站点的各子模块均采用下行信号中恢复所得的参考时钟对信号进行处理；并行数据信号接入DA转换/驱动子模块，DA转换/驱动子模块使用恢复出来的参考时钟进行并行数据信号的数模转换，得到的模拟信号经滤波整形和驱动，接入水下站点控制中心；
上行信号的传输
第n水下站点控制中心将本站点采集和处理后的上行信号经本站点的信号处理模块处理得到本站点的波长为λn的上行光信号送入其连接的第n光分路器，第n光分路器将其输出到传输光纤；当到达第n-1水下站点的第n-1光分路器，第n-1光分路器将本水下站点波长为λn-1的上行光信号与传输光纤送来的前一水下站点波长为λn的上行光信号合成一路光信号，继续沿传输光纤上行传送，如此级联，到第一水下站点的第一光分路器将波长为λn、λn-1、……、λ1的上行光信号合成一路光信号,沿传输光纤上行传送至岸基中心站的(n+1)波波分复用器，(n+1)波波分复用器将水下站点上行的复用光信号解复用为n个不同波长的光信号分送到岸基中心站的n个上行信号处理模块；
各水下站点的信号处理模块对上行信号的处理方法相同，水下站点控制中心将本站点采集的准备传送到岸基中心站的上行信号送入信号处理模块的上行通道，先进入AD转换/整形子模块，该子模块采用下行信号中恢复所得的参考时钟工作，对上行信号进行模拟信号滤波、阻抗匹配及A/D转换，得到数字信号，送入复用子模块，同样采用下行信号中恢复所得的参考时钟将数字化的上行信号复接成一路高速串行信号输入到EO转换子模块，将电信号转换成本水下站点设定波长的光信号，送入光分路器；
岸基中心站的n个上行信号处理模块运行方法相同；(n+1)波波分复用器将复用的光信号解复用为n个不同波长的光信号分送到对应的上行信号处理模块，先进入光电转换子模块，完成光信号到电信号的转换、整形及阻抗匹配；转换所得电信号输入到解复接子模块，从高速串行信号中解出并行数字信号和与之同步的时钟信号，送入数模转换子模块，数模转换子模块使用解复接子模块提供的时钟信号对并行数字信号进行数模转换和滤波整形，送入驱动子模块对信号驱动输出，同时将上行的状态电平信号整形后输出到岸基中心站的控制中心。
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