骨干電網光纖通信技能的研習范文

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為了提高系統性能，除了考慮由RA－EDFA以及由雙向銳利散射產生的自發輻射噪聲（sponta－neousemissionnoiseofamplifier，ASE），還要考慮非線性效應。當傳輸距離較大而中繼距離較小時，非線性效應為主要影響因素；當傳輸距離較小而中繼距離較大時，泵浦功率為主要限制因素［7］。圖2為在不同情況下系統的品質因數（Q）與距離的關系圖。由圖2可以看出，當系統中繼距離不同時，對比SMF與DFF兩種情況下系統的Q值，發現RA－EDFA在使用GFF時系統性能更好，為提升中繼距離提供了較好的方法。圖3為EDFA在波長路由網絡（wavelengthroutingnetwork，WRN）中的瞬態和穩態的增益特性。由于骨干網中存在動態重構性，輸入光功率變化或鏈路結構發生變化都會使EDFA的增益特性出現波動。

隨著輸入信號光功率的變化，EDFA的增益瞬時增益化，為研究這種現象，須建立1個模擬系統。該模擬系統使用3個光源（波長分別為1555nm、1556nm和1557nm），在傳輸中使用10個EDFA級聯，用光開關和光衰減器來模擬系統損耗；EDFA泵浦設置為100mW，3個光源功率均為mW。當3個光源同時工作時，光路功率穩定。

在第100μs時，中斷1555nm和1557nm兩個光源，會出現光路瞬態響應，放大功率迅速上升。圖4為第五級EDFA的輸出光功率［8］。由圖4可知光路穩定后的功率高于穩態時的最高值。為了描述這一現象，定義參數光功率失常激增速率（opticalpowerrate，OPER）RΔP＝ΔP／trt．（1）式中：ΔP為系統穩態到光路重構穩定后的功率變化；trt為上升時間。

圖5為功率失常激增速率和瞬時響應與級聯EDFA數量的關系圖。由于在鏈路重構中參與的放大器不止1個，當增加放大器數量時，系統的瞬態性被優化。在波長路由網絡中，不同的光路可能擁有共同的輸入或輸出節點，在光鏈路重構期間輸入的EDFA光功率發生變化時會影響到已經存在的光鏈路。這樣的連鎖效應還會影響很多光鏈路，且每一鏈路所受到的影響級別可以由該鏈路與重構鏈路的節點數來衡量。

從統計角度來說，任一光路的重構是等概率的，所以在光路重構中任一節點受到影響的概率也是相等的。當網絡中多條信道發生重構時，相關節圖5OPER對應EDFA數量的關系點的穩態功率也相應變化，當其變化超出接受范圍時將使系統惡化，因此需要對信道進行補償。常用的補償方法為連續信道補償和最小信道補償。連續信道補償是用1路光路來專門控制輸入EDFA的功率來穩定輸出功率。最小信道補償是在連續信道補償上的改進，即當光路節點的功率變化超出了該節點的動態范圍時才對該節點進行補償。

色散補償及管理技術

隨著光放大技術的逐漸成熟，特別是傳輸速率的進一步提高，色散效應成為限制系統的主要因素。色散主要是由于波長、模式和折射率的相關性導致不同波長和模式的光傳輸速度不同，通常表現為信號展寬。光纖色散包括模式色散、材料色散和波導色散，其中材料色散和波導色散統稱為色度色散。在多模光纖中由于不同模式光的傳輸時延不同，因而存在模式色散［9］。在單模光纖中因為只有一種模式，所以主要是材料色散和波導色散。在標準單模光纖（singlemodefiber，SMF）中，波長為1310nm處的材料色散與波導色散抵消，該波長處為零色散點。然而在傳輸光信號時并不是當色散為0時最好，因為當色散為0時會引入非線性效應，如四波混頻（four－wavemixing，FWM）會惡化系統性能，所以適度的色散是必要的，只要接收端的總色散為0即可。

在傳輸速率較低時，光纖可以看作與數據速率無關的傳輸媒質。但隨著通信業務的飛速增長，光纖已不能理想化的看作與信息速率無關的媒質，色散效應使脈沖展寬并引起誤碼，所以色散補償及管理技術的重要性日益明顯。常用的色散補償方式有固定色散補償和可調色散補償。固定色散補償即利用色散補償光纖來補償傳輸中累積的色散。色散補償光纖和單模光纖長度應滿足式中：D和Dc分別為常規單模光纖和色散補償光纖（dispersioncompensatingfiber，DCF）在工作波長的色散系數；L與Lc分別為常規單模光纖和DCF的長度；λs為光波波長。

可調色散補償也是常用的補償方式。隨著單信道比特速率的提高，WDM波長信道數增加，光網絡向著動態可配置智能化方向演進，系統對一些參數的變化更敏感。另外，網絡重構性的增強和器件環境的變化都會導致鏈路殘余色散值變化，所以需要在光網絡或系統中進行動態自適應色散補償。通常利用可調光纖布拉格光柵、虛擬成像陣列（virtu－alimagephasearray，VIPA）、標準聚合環形諧振器等進行可調色散補償。在WDM系統中，當僅對1個信道進行補償時，由于不同波長光對光纖的色散不同，會給其他信道帶來不均衡補償，使其他信道產生殘余色散。

為了消除這種情況，必須使補償器件與傳輸光纖色散曲線的頻譜斜率匹配，否則會在其他信道上引起殘余色散。在WDM超長跨距光通信中色散補償是必不可少的，在一些隨環境變化和動態可重構的網絡中，還需要進行可調色散斜率補償。常用的補償器件有固定色散斜率補償的光纖布拉格光柵（fiberbragggrating，FBG）、VIPA和基于FBG的可調斜率補償等。一定的色散可以有效抑制交叉相位調制（cross－phasemodulation，XPM）與四波混頻FWM，而在接收端，色散降低可以減小碼間串擾（inter－symbolinterference，ISI）引起的誤判。群速度色散（groupvelocitydispersion，GDG）和信號功率沿光纖鏈路的變化與傳輸光纖的類型、DCF和光放大器的相對位置有關。研究GDG以及信號功率在光纖鏈路上分布，從而使系統性能達到最佳的技術稱之為色散管理。色散管理并不是完全消除色散，因為零色散并不適合系統傳輸，其目的在于通過有效安排色散，利用色散來抑制非線性效應，并在接收端消除色散來優化系統性能。基于強度調制直接檢測的系統在使用模塊化的色散管理時可以達到很好的系統性能。所謂模塊化色散管理，是把正色散光纖和負色散光纖封裝在同一模塊中，并在光纖系統中放置多個這樣的模塊。

歸零碼－差分相移鍵控（returntozero－differentialphaseshiftkeying，RZ－DPSK）調制格式具有優越的性能，特別是它能提高基于強度調制直接檢測的系統性能，正越來越受到關注。盡管模塊化的色散管理可以提高系統性能，在超長跨距RZ－DPSK光通信系統中利用G．655NZDSF和模塊化的色散管理的性能，相對于不使用模塊化色散管理的系統性能有所降低。研究系統由96個發射機發射RZ－DPSK信號，發射波長從1540．5nm到1559．5nm，信道間隔為0．2nm。傳輸部分由EDFA與DFF組成，DFF由超大面積光纖（servicelevelagreement，SLA）和負色散光纖組成。系統總傳輸距離為6393．6km，認為放大器對不同波長的光信號的放大倍數是相同的。由于色散補償模塊不能補償系統中所有的累積色散，用3段SLA（長度均為115．2km）來補償信號傳輸中所累積的負色散，分別用前置（pre）補償、后置（post）補償、preandpost補償方式進行補償，色散管理框圖如圖6所示。從圖6可看出preandpost補償相對于其他兩種方式具有很好的色散管理能力。圖7為在96個信道中通過各中繼器時的平均Q值。從圖7中可以看出非模塊化的色散補償方式的性能比preandpost補償方式的還要好，而pre補償和post補償相對于模塊化的色散補償性能并沒有提高多少。這可能是由設計方案造成的，因為在pre補償和post補償中信號分別在累積的正色散和負色散環境中進行傳輸，色散的嚴重不平衡降低了系統信號傳輸性能。通過對比3種設計方案（pre補償、post補償、preandpost補償）的性能，發現preandpost補償的色散管理效果最好。而與非模塊化的管理相比，preandpost補償稍有遜色。pre補償和post補償比普通的模塊化補償的性能提高不多，這是因為它們分別具有高累積的正色散和負色散。同時還發現利用傾斜的preandpost補償也可以提高模塊化的色散管理。隨著技術的發展，先進的調制格式和接收方式也提高了系統抗色散的能力。近年來倍受關注的電子色散補償（electronicdispersioncompensation，EDC）成為色散補償領域的研究熱點。由于在電域上對信號的處理技術遠比光域處理成熟，因此可以利用先進的數字信號處理技術分擔部分光域上的傳輸壓力。EDC實際上是一種電子均衡技術，通過大致估計信道的傳輸函數，對傳輸信號進行預處理以減輕鏈路損傷，在接收端由均衡器恢復信號，實現等效的色散補償。EDC使用較靈活，結合相應的算法可以實現對偏振模色散（polarizationmodedispersion，PMD）的補償，因此極具研究價值。

結束語

本文介紹了超長跨距傳輸系統的若干關鍵技術，由于其具有簡單結構及端到端的特點，在城際網、無人區建網中被廣泛應用，尤其在智能電網通信中發揮著重要作用。超長跨距系統可有效解決長站距之間的通信需求，降低成本，具有較高的經濟效應。除了上述提到的關鍵技術，如新型光纖技術、動態增益均衡技術、前向糾錯技術等都會對系統產生影響。因此，在設計系統時，必須全方位考慮各種因素，協調各技術之間的聯系，以優化系統性能，提高傳輸容量和距離。

作者：邵昱陽書擁拜姝羽羅禹單位：河南鄭州供電公司武漢大學電氣工程學院