超高壓采用超長站距光纖通信技術

超高壓采用超長站距光纖通信技術

　　摘要：本文討論了各種超高壓超長站距傳輸系統的實現技術。重點分析了超長站距傳輸系統的OSNR的受限的問題，提出了解決方案同時對解決方案進行了詳細的介紹，主要包括遙泵放大器、光纖喇曼放大器。

　　關鍵詞：超高壓 光信噪比 喇曼光纖放大器 超長站距傳輸

　　一、前言

　　電網傳輸的容量越來越大是因為超高壓輸電線路的不斷建設，變電站的傳輸距離不斷增長。和輸電線路一起建設的OPGW光纖通信和光纜由于超長距離的傳輸使光信號比較嚴重的劣化，就需要進行對信號的中繼放大，因此需要建設光纖通信中繼站。超高壓輸電線路的路徑一般走向很偏，純光纖中繼站的工程建設、選址問題、運行及維護是有一定的難度的。設立純光纖中繼站就要引入交流專線、要用建設通信機房、架空引入光纜、電源建設進站道路，增設太陽能組合電源設備和光設備。光纖中繼站的機房的動力環境、引入光纜、引入電源、設備運行不論哪個環節發生故障，都會使通信系統的電路出現中斷。而且光中繼站到運行維護的地方路途遠，搶修故障的時間很長，對光纖電路的可靠運行產生很大影響，使電網的安全運行水平下降。

　　所以繼站數量的減少，能夠節省許多運行和建設的費用，降低電路的故障環節，從而使電路運行的安全性和穩定性提高。本文探討了超長站距傳輸系統的新技術。

　　二、光信噪比受限

　　光纖通信當中，傳輸系統被分為色散受限系統和損耗受限系統。通過光放大器可以克服傳輸系統中的損耗受限，色散補償技術可以克服色散受限，系統的最終受限的因素就是光信噪比。因為光信號被光放大器進行放大的時候就會產生放大輻射、噪音，在級聯系統當中，各個放大器所產生的ASE噪聲會連著線路積累，然后與信號混在一起經過減弱及放大的過程卻不能消除，當系統積累的ASE噪聲功率與信號功率差不多時，因為噪聲的影響接收機不能正常的接收，這就是OSNR受限。

　　在單跨距傳輸系統當中也有OSNR受限，就是在跨段損耗很大的時候，信號的減弱比較嚴重，在對一個放大器放大的時候，因為放大器產生了ASE噪聲而導致輸出的OSNR特別低。提高信號入纖光功率就會導致很嚴重的非線性現象，所以就要利用非線性抑制技術來提高入纖光功率，由于喇曼放大器能夠得到較低的噪聲指數因此在長距離或長跨距傳輸系統中廣泛應用。另外還有一種改善系統傳輸能力的方法就是利用前向糾錯技術，以改善系統的OSNR最低容限。最后，能夠利用遙泵技術把全部傳輸系統分成多段、兩段以此提升系統的傳輸距離。

　　三、喇曼放大技術

　　喇曼放大器的機理源于受激喇曼散射效應，就是泵浦光比較強的時候，介質分子和入射光子相互作用發生散射，入射光子會隨著散射的過程中發生頻率向下產生一定的偏移，所以在注入傳輸光纖中的信息號頻率較低的時候，SRS就會讓部分泵浦光能量發生轉移，轉移到信號光上，喇曼放大器的機理就是這樣的。SRS和受激布里淵散射SBS的機理相似，只是SBS的閾值要遠遠小于SRS的閾值，所以光纖喇曼放大器就要比較大的泵浦光功率。

　　光纖喇曼放大器能得到負的噪聲指數，是由于光纖作為它的增益介質，分布式的放大在信號傳輸的過程中實現。分布式EDFA的噪聲指數比喇曼放大器放小許多，這也不代表喇曼放大器的性能比不上EDFA，所以引入了等效噪聲指數的概念。是用一個分立式放大器代替分布式喇曼放大器DRA，在輸出信噪比一樣時把分立式放大器要的噪聲指數定義為DRA的等效噪聲指數。

　　DRA有很低的等效噪聲指數，它還有其它的特點：1.傳輸光纖是它的增益介質，光信號在傳輸光纖中不論是集中式分布放大還是分布式放大，信號在傳輸光纖中各點光功率很低，避免了非線性的影響;2.泵浦波長決定放大器的增益波長，選擇適合的泵浦波長就能對任意波長的信號光放大。因此喇曼放大器就能夠利用多泵浦技術，使信號的全波段放大得到實現，對DWDM的傳輸系統有重要的意義。

　　四、FEC技術

　　FEC是在發射機編碼時加入一些監督碼元，信息碼源和監督碼元是相互制約的，接收機按制定的規則來檢驗它們之間的關系以肯定是不是已破壞，如果發現了被破壞，就能夠發現錯誤甚至是糾正錯誤。糾錯編碼高的傳輸質量是以犧牲有效帶寬為代價，決定其性能的關鍵是編碼方案。光纖長距離傳輸系統中它傳輸的信號的速率是比較高的，所以編碼盡量簡單、消耗的存儲單元少、時間短。從糾錯能力的強弱來看，光纖長距離傳輸系統所運用的糾錯編碼有如下：

　　1、RS(255，239)編碼

　　這個糾錯碼有5.8dB的編碼增益，選擇RS碼主要是RS碼作為最大距離可分的線性分組碼，有譯碼時延固定、編譯碼簡單、很高的效率、消耗存儲空間小的特點，而且RS碼作為多進制碼不但能夠糾正單個比特錯誤還可以糾正多個比特錯誤，在經過交織以后還能糾正突發性的比特流錯誤，這樣很適合骨干傳輸的要求。

　　2、超強FEC

　　糾錯編碼方式運用Turbo乘積碼(TPC)，就是對碼塊的行與列進行分別編碼，在譯碼的時候采用迭代譯碼技術及軟判決，能夠提高編碼增益。因為FEC可以在不改變系統結構的基礎上為系統提供有益的線路預算，所以在長距離傳輸系統中廣泛運用。

　　五、遙泵技術

　　遠程泵浦光放大器的簡稱是遙泵放大器，它是EDFA的一種比較特別的應用方式。在超長跨距傳輸系統中采用遙泵放大器，重點解決OSNR受限問題。

　　遙泵放大器可將一定距離的摻鉺光纖熔接到傳輸系統中的合適位置，從接收端或發射端發送高功率的泵浦光，通過的傳輸光纖和泵浦輸送光纖注入EDF后激勵鉺離子，從而可完成信號光的放大。

　　遙泵放大器的一個發展方向是多階遙泵技術。一階遙泵技術因為受喇曼散射閾值的限制使其性能也受到限制，多階遙泵技術正是采用喇曼散射使這種限制被打破。多階遙泵技術是在泵浦激光器上能夠選擇相對低的波長，而且讓它的功率遠遠高于喇曼閾值，讓泵浦在光纖中能經歷一次甚至多次的喇曼散射，再充分運用喇曼散射得到的散射光來做EDF的激勵源。海底光通信中遙泵放大器得到了很廣泛的應用，由于海底光通信中系統的跨距很長，海底環境很惡劣不能夠建立光或者電中繼站，所以使用遙泵放大技術克服超長跨距帶來的OSNR劣化是必須的。

　　六、SBS抑制技術

　　如果注入光纖的光功率比較大，光纖中會出現非線性的現象。光纖中比較典型的非線性分為散射效應(包括SBS和SRS)和克爾效應，這里SBS的閾值是最低的，這是限制入纖光功率提高的重要因素。SBS的表現是：輸入光纖的泵浦光功率一直增大而且高過某個閾值時， 輸出光功率是傾向于飽和，大量的光功率能夠通過散射發生向相反方向傳輸的斯托克斯光波，而斯輸入的泵浦光功率高于斯托克斯波的頻率。

　　通過在信號的輸出端外加一個相位調制器是外相位調制的方法，進行調制時給調制器一個射頻信，改變信號的功率譜密度是通過改變射頻信號的頻率、幅度。外相位調制方法也存在缺點，由于展寬了信號的譜寬，對色散補償的要求要更精準。

　　七、色散管理技術

　　光纖通信系統中必須考慮的一個問題是色度色散。由于信號光波中所含的不同頻率成分在光纖中的傳播速度不同而產生的色度色散，它會使信號脈沖的展寬，使相近的脈沖之間發生重疊而導致產生碼間干擾。

　　以前的光纖通信系統都是采用色散光纖進行色散補償，因為G.652與和G.655光纖都是正色散，所以色散補償光纖一般采用比較特殊設計的有很大的負色散系數的光纖，一般要原G.652傳輸光纖長度20%的色散補償光纖就能夠全部補償。

　　有效面積比較小是色散補償光纖的缺點，非線性效應明顯，損耗根據不同的色散量要求而改變，形成的附加損耗不一樣，會給系統帶來額外損耗及對功率的額外要求，如果單波系統采用色散補償光纖(DCF)方案，成本是很貴的。

　　八、結束語

　　通信技術在不斷向前發展，各種各樣的光纖通信超長距離傳輸的新技術方案一直在涌現并不斷的完善，從而實現了越來越遠的單跨傳輸距離。所以在工程中應該大力推廣應用新科技，以保證光纖通信網能夠安全、可靠的運行。超高壓公司信通中心針對超長站距光纖通信技術進行的研究測試表明，利用當前的通信技術可以取消中繼站，簡化系統通信不必要的環節，從根本上提高電路運行的可靠性。

　　參考文獻：

　　[1]葉劍.淺談光纖通信技術的發展與展望[J]. 硅谷. 2008(21)

　　[2]李澤.淺析國內外光纖通信技術的現狀及趨勢[J]. 硅谷. 2008(06)

　　[3]于祝芳.論光纖通信技術的特點和發展趨勢[J]. 機電信息. 2010(18)

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