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超高壓采用超長(zhǎng)站距光纖通信技術(shù)
摘要：本文討論了各種超高壓超長(zhǎng)站距傳輸系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)技術(shù)。重點(diǎn)分析了超長(zhǎng)站距傳輸系統(tǒng)的OSNR的受限的問題，提出了解決方案同時(shí)對(duì)解決方案進(jìn)行了詳細(xì)的介紹，主要包括遙泵放大器、光纖喇曼放大器。
關(guān)鍵詞：超高壓 光信噪比 喇曼光纖放大器 超長(zhǎng)站距傳輸
一、前言
電網(wǎng)傳輸?shù)娜萘吭絹碓酱笫且驗(yàn)槌邏狠旊娋�路的不斷建設(shè)，變電站的傳輸距離不斷增長(zhǎng)。和輸電線路一起建設(shè)的OPGW光纖通信和光纜由于超長(zhǎng)距離的傳輸使光信號(hào)比較嚴(yán)重的劣化，就需要進(jìn)行對(duì)信號(hào)的中繼放大，因此需要建設(shè)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(shè)、選址問題、運(yùn)行及維護(hù)是有一定的難度的。設(shè)立純光纖中繼站就要引入交流專線、要用建設(shè)通信機(jī)房、架空引入光纜、電源建設(shè)進(jìn)站道路，增設(shè)太陽能組合電源設(shè)備和光設(shè)備。光纖中繼站的機(jī)房的動(dòng)力環(huán)境、引入光纜、引入電源、設(shè)備運(yùn)行不論哪個(gè)環(huán)節(jié)發(fā)生故障，都會(huì)使通信系統(tǒng)的電路出現(xiàn)中斷。而且光中繼站到運(yùn)行維護(hù)的地方路途遠(yuǎn)，搶修故障的時(shí)間很長(zhǎng)，對(duì)光纖電路的可靠運(yùn)行產(chǎn)生很大影響，使電網(wǎng)的安全運(yùn)行水平下降。
所以繼站數(shù)量的減少，能夠節(jié)省許多運(yùn)行和建設(shè)的費(fèi)用，降低電路的故障環(huán)節(jié)，從而使電路運(yùn)行的安全性和穩(wěn)定性提高。本文探討了超長(zhǎng)站距傳輸系統(tǒng)的新技術(shù)。
二、光信噪比受限
光纖通信當(dāng)中，傳輸系統(tǒng)被分為色散受限系統(tǒng)和損耗受限系統(tǒng)。通過光放大器可以克服傳輸系統(tǒng)中的損耗受限，色散補(bǔ)償技術(shù)可以克服色散受限，系統(tǒng)的最終受限的因素就是光信噪比。因?yàn)楣庑盘?hào)被光放大器進(jìn)行放大的時(shí)候就會(huì)產(chǎn)生放大輻射、噪音，在級(jí)聯(lián)系統(tǒng)當(dāng)中，各個(gè)放大器所產(chǎn)生的ASE噪聲會(huì)連著線路積累，然后與信號(hào)混在一起經(jīng)過減弱及放大的過程卻不能消除，當(dāng)系統(tǒng)積累的ASE噪聲功率與信號(hào)功率差不多時(shí)，因?yàn)樵肼暤挠绊懡邮諜C(jī)不能正常的接收，這就是OSNR受限。
在單跨距傳輸系統(tǒng)當(dāng)中也有OSNR受限，就是在跨段損耗很大的時(shí)候，信號(hào)的減弱比較嚴(yán)重，在對(duì)一個(gè)放大器放大的時(shí)候，因?yàn)榉糯笃鳟a(chǎn)生了ASE噪聲而導(dǎo)致輸出的OSNR特別低。提高信號(hào)入纖光功率就會(huì)導(dǎo)致很嚴(yán)重的非線性現(xiàn)象，所以就要利用非線性抑制技術(shù)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(shù)因此在長(zhǎng)距離或長(zhǎng)跨距傳輸系統(tǒng)中廣泛應(yīng)用。另外還有一種改善系統(tǒng)傳輸能力的方法就是利用前向糾錯(cuò)技術(shù)，以改善系統(tǒng)的OSNR最低容限。最后，能夠利用遙泵技術(shù)把全部傳輸系統(tǒng)分成多段、兩段以此提升系統(tǒng)的傳輸距離。
三、喇曼放大技術(shù)
喇曼放大器的機(jī)理源于受激喇曼散射效應(yīng)，就是泵浦光比較強(qiáng)的時(shí)候，介質(zhì)分子和入射光子相互作用發(fā)生散射，入射光子會(huì)隨著散射的過程中發(fā)生頻率向下產(chǎn)生一定的偏移，所以在注入傳輸光纖中的信息號(hào)頻率較低的時(shí)候，SRS就會(huì)讓部分泵浦光能量發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移到信號(hào)光上，喇曼放大器的機(jī)理就是這樣的。SRS和受激布里淵散射SBS的機(jī)理相似，只是SBS的閾值要遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(fù)的噪聲指數(shù)，是由于光纖作為它的增益介質(zhì)，分布式的放大在信號(hào)傳輸?shù)倪^程中實(shí)現(xiàn)。分布式EDFA的噪聲指數(shù)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(shù)的概念。是用一個(gè)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(shí)把分立式放大器要的噪聲指數(shù)定義為DRA的等效噪聲指數(shù)。
DRA有很低的等效噪聲指數(shù)，它還有其它的特點(diǎn)：1.傳輸光纖是它的增益介質(zhì)，光信號(hào)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(hào)在傳輸光纖中各點(diǎn)光功率很低，避免了非線性的影響;2.泵浦波長(zhǎng)決定放大器的增益波長(zhǎng)，選擇適合的泵浦波長(zhǎng)就能對(duì)任意波長(zhǎng)的信號(hào)光放大。因此喇曼放大器就能夠利用多泵浦技術(shù)，使信號(hào)的全波段放大得到實(shí)現(xiàn)，對(duì)DWDM的傳輸系統(tǒng)有重要的意義。
四、FEC技術(shù)
FEC是在發(fā)射機(jī)編碼時(shí)加入一些監(jiān)督碼元，信息碼源和監(jiān)督碼元是相互制約的，接收機(jī)按制定的規(guī)則來檢驗(yàn)它們之間的關(guān)系以肯定是不是已破壞，如果發(fā)現(xiàn)了被破壞，就能夠發(fā)現(xiàn)錯(cuò)誤甚至是糾正錯(cuò)誤。糾錯(cuò)編碼高的傳輸質(zhì)量是以犧牲有效帶寬為代價(jià)，決定其性能的關(guān)鍵是編碼方案。光纖長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中它傳輸?shù)男盘?hào)的速率是比較高的，所以編碼盡量簡(jiǎn)單、消耗的存儲(chǔ)單元少、時(shí)間短。從糾錯(cuò)能力的強(qiáng)弱來看，光纖長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)所運(yùn)用的糾錯(cuò)編碼有如下：
1、RS(255，239)編碼
這個(gè)糾錯(cuò)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(shí)延固定、編譯碼簡(jiǎn)單、很高的效率、消耗存儲(chǔ)空間小的特點(diǎn)，而且RS碼作為多進(jìn)制碼不但能夠糾正單個(gè)比特錯(cuò)誤還可以糾正多個(gè)比特錯(cuò)誤，在經(jīng)過交織以后還能糾正突發(fā)性的比特流錯(cuò)誤，這樣很適合骨干傳輸?shù)囊蟆?/p>
2、超強(qiáng)FEC
糾錯(cuò)編碼方式運(yùn)用Turbo乘積碼(TPC)，就是對(duì)碼塊的行與列進(jìn)行分別編碼，在譯碼的時(shí)候采用迭代譯碼技術(shù)及軟判決，能夠提高編碼增益。因?yàn)镕EC可以在不改變系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上為系統(tǒng)提供有益的線路預(yù)算，所以在長(zhǎng)距離傳輸系統(tǒng)中廣泛運(yùn)用。
五、遙泵技術(shù)
遠(yuǎn)程泵浦光放大器的簡(jiǎn)稱是遙泵放大器，它是EDFA的一種比較特別的應(yīng)用方式。在超長(zhǎng)跨距傳輸系統(tǒng)中采用遙泵放大器，重點(diǎn)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(tǒng)中的合適位置，從接收端或發(fā)射端發(fā)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(lì)鉺離子，從而可完成信號(hào)光的放大。
遙泵放大器的一個(gè)發(fā)展方向是多階遙泵技術(shù)。一階遙泵技術(shù)因?yàn)槭芾⑸?a target="_blank" title="閾">閾值的限制使其性能也受到限制，多階遙泵技術(shù)正是采用喇曼散射使這種限制被打破。多階遙泵技術(shù)是在泵浦激光器上能夠選擇相對(duì)低的波長(zhǎng)，而且讓它的功率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于喇曼閾值，讓泵浦在光纖中能經(jīng)歷一次甚至多次的喇曼散射，再充分運(yùn)用喇曼散射得到的散射光來做EDF的激勵(lì)源。海底光通信中遙泵放大器得到了很廣泛的應(yīng)用，由于海底光通信中系統(tǒng)的跨距很長(zhǎng)，海底環(huán)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(shù)克服超長(zhǎng)跨距帶來的OSNR劣化是必須的。
六、SBS抑制技術(shù)
如果注入光纖的光功率比較大，光纖中會(huì)出現(xiàn)非線性的現(xiàn)象。光纖中比較典型的非線性分為散射效應(yīng)(包括SBS和SRS)和克爾效應(yīng)，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(xiàn)是：輸入光纖的泵浦光功率一直增大而且高過某個(gè)閾值時(shí)， 輸出光功率是傾向于飽和，大量的光功率能夠通過散射發(fā)生向相反方向傳輸?shù)乃雇锌怂构獠�，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(hào)的輸出端外加一個(gè)相位調(diào)制器是外相位調(diào)制的方法，進(jìn)行調(diào)制時(shí)給調(diào)制器一個(gè)射頻信，改變信號(hào)的功率譜密度是通過改變射頻信號(hào)的頻率、幅度。外相位調(diào)制方法也存在缺點(diǎn)，由于展寬了信號(hào)的譜寬，對(duì)色散補(bǔ)償?shù)囊笠珳?zhǔn)。
七、色散管理技術(shù)
光纖通信系統(tǒng)中必須考慮的一個(gè)問題是色度色散。由于信號(hào)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(chǎn)生的色度色散，它會(huì)使信號(hào)脈沖的展寬，使相近的脈沖之間發(fā)生重疊而導(dǎo)致產(chǎn)生碼間干擾。
以前的光纖通信系統(tǒng)都是采用色散光纖進(jìn)行色散補(bǔ)償，因?yàn)镚.652與和G.655光纖都是正色散，所以色散補(bǔ)償光纖一般采用比較特殊設(shè)計(jì)的有很大的負(fù)色散系數(shù)的光纖，一般要原G.652傳輸光纖長(zhǎng)度20%的色散補(bǔ)償光纖就能夠全部補(bǔ)償。
有效面積比較小是色散補(bǔ)償光纖的缺點(diǎn)，非線性效應(yīng)明顯，損耗根據(jù)不同的色散量要求而改變，形成的附加損耗不一樣，會(huì)給系統(tǒng)帶來額外損耗及對(duì)功率的額外要求，如果單波系統(tǒng)采用色散補(bǔ)償光纖(DCF)方案，成本是很貴的。
八、結(jié)束語
通信技術(shù)在不斷向前發(fā)展，各種各樣的光纖通信超長(zhǎng)距離傳輸?shù)男录夹g(shù)方案一直在涌現(xiàn)并不斷的完善，從而實(shí)現(xiàn)了越來越遠(yuǎn)的單跨傳輸距離。所以在工程中應(yīng)該大力推廣應(yīng)用新科技，以保證光纖通信網(wǎng)能夠安全、可靠的運(yùn)行。超高壓公司信通中心針對(duì)超長(zhǎng)站距光纖通信技術(shù)進(jìn)行的研究測(cè)試表明，利用當(dāng)前的通信技術(shù)可以取消中繼站，簡(jiǎn)化系統(tǒng)通信不必要的環(huán)節(jié)，從根本上提高電路運(yùn)行的可靠性。
參考文獻(xiàn)：
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