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超高壓采用超長(cháng)站距光纖通信技術(shù)
摘要：本文討論了各種超高壓超長(cháng)站距傳輸系統的實(shí)現技術(shù)。重點(diǎn)分析了超長(cháng)站距傳輸系統的OSNR的受限的問(wèn)題，提出了解決方案同時(shí)對解決方案進(jìn)行了詳細的介紹，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(cháng)站距傳輸
一、前言
電網(wǎng)傳輸的容量越來(lái)越大是因為超高壓輸電線(xiàn)路的不斷建設，變電站的傳輸距離不斷增長(cháng)。和輸電線(xiàn)路一起建設的OPGW光纖通信和光纜由于超長(cháng)距離的傳輸使光信號比較嚴重的劣化，就需要進(jìn)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(xiàn)路的路徑一般走向很偏，純光纖中繼站的工程建設、選址問(wèn)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(zhuān)線(xiàn)、要用建設通信機房、架空引入光纜、電源建設進(jìn)站道路，增設太陽(yáng)能組合電源設備和光設備。光纖中繼站的機房的動(dòng)力環(huán)境、引入光纜、引入電源、設備運行不論哪個(gè)環(huán)節發(fā)生故障，都會(huì )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(shí)間很長(cháng)，對光纖電路的可靠運行產(chǎn)生很大影響，使電網(wǎng)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(huán)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(cháng)站距傳輸系統的新技術(shù)。
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(guò)光放大器可以克服傳輸系統中的損耗受限，色散補償技術(shù)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(jìn)行放大的時(shí)候就會(huì )產(chǎn)生放大輻射、噪音，在級聯(lián)系統當中，各個(gè)放大器所產(chǎn)生的ASE噪聲會(huì )連著(zhù)線(xiàn)路積累，然后與信號混在一起經(jīng)過(guò)減弱及放大的過(guò)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(shí)，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(shí)候，信號的減弱比較嚴重，在對一個(gè)放大器放大的時(shí)候，因為放大器產(chǎn)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(huì )導致很?chē)乐氐姆蔷�(xiàn)性現象，所以就要利用非線(xiàn)性抑制技術(shù)來(lái)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(cháng)距離或長(cháng)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(shù)，以改善系統的OSNR最低容限。最后，能夠利用遙泵技術(shù)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(shù)
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(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(zhù)散射的過(guò)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頻率較低的時(shí)候，SRS就會(huì )讓部分泵浦光能量發(fā)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(zhì)，分布式的放大在信號傳輸的過(guò)程中實(shí)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(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(diǎn)：1.傳輸光纖是它的增益介質(zhì)，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(diǎn)光功率很低，避免了非線(xiàn)性的影響;2.泵浦波長(cháng)決定放大器的增益波長(cháng)，選擇適合的泵浦波長(cháng)就能對任意波長(cháng)的信號光放大。因此喇曼放大器就能夠利用多泵浦技術(shù)，使信號的全波段放大得到實(shí)現，對DWDM的傳輸系統有重要的意義。
四、FEC技術(shù)
FEC是在發(fā)射機編碼時(shí)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(lái)檢驗它們之間的關(guān)系以肯定是不是已破壞，如果發(fā)現了被破壞，就能夠發(fā)現錯誤甚至是糾正錯誤。糾錯編碼高的傳輸質(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(cháng)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(jiǎn)單、消耗的存儲單元少、時(shí)間短。從糾錯能力的強弱來(lái)看，光纖長(cháng)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(gè)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(xiàn)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)比特錯誤還可以糾正多個(gè)比特錯誤，在經(jīng)過(guò)交織以后還能糾正突發(fā)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(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(xiàn)路預算，所以在長(cháng)距離傳輸系統中廣泛運用。
五、遙泵技術(shù)
遠程泵浦光放大器的簡(jiǎn)稱(chēng)是遙泵放大器，它是EDFA的一種比較特別的應用方式。在超長(cháng)跨距傳輸系統中采用遙泵放大器，重點(diǎn)解決OSNR受限問(wèn)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(fā)射端發(fā)送高功率的泵浦光，通過(guò)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(gè)發(fā)展方向是多階遙泵技術(shù)。一階遙泵技術(shù)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(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低的波長(cháng)，而且讓它的功率遠遠高于喇曼閾值，讓泵浦在光纖中能經(jīng)歷一次甚至多次的喇曼散射，再充分運用喇曼散射得到的散射光來(lái)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(cháng)，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(cháng)跨距帶來(lái)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 )出現非線(xiàn)性的現象。光纖中比較典型的非線(xiàn)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(guò)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(guò)散射發(fā)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(guò)在信號的輸出端外加一個(gè)相位調制器是外相位調制的方法，進(jìn)行調制時(shí)給調制器一個(gè)射頻信，改變信號的功率譜密度是通過(guò)改變射頻信號的頻率、幅度。外相位調制方法也存在缺點(diǎn)，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(shù)
光纖通信系統中必須考慮的一個(gè)問(wèn)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(chǎn)生的色度色散，它會(huì )使信號脈沖的展寬，使相近的脈沖之間發(fā)生重疊而導致產(chǎn)生碼間干擾。
以前的光纖通信系統都是采用色散光纖進(jìn)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(cháng)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(diǎn)，非線(xiàn)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(huì )給系統帶來(lái)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(yǔ)
通信技術(shù)在不斷向前發(fā)展，各種各樣的光纖通信超長(cháng)距離傳輸的新技術(shù)方案一直在涌現并不斷的完善，從而實(shí)現了越來(lái)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(wǎng)能夠安全、可靠的運行。超高壓公司信通中心針對超長(cháng)站距光纖通信技術(shù)進(jìn)行的研究測試表明，利用當前的通信技術(shù)可以取消中繼站，簡(jiǎn)化系統通信不必要的環(huán)節，從根本上提高電路運行的可靠性。
參考文獻：
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[2]李澤.淺析國內外光纖通信技術(shù)的現狀及趨勢[J]. 硅谷. 2008(06)
[3]于祝芳.論光纖通信技術(shù)的特點(diǎn)和發(fā)展趨勢[J]. 機電信息. 2010(18)
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