遥泵系统无中继超长跨距传输的研究

项 旻，王 炜，张瑞强，戴 睿，黄 超，杨思宏，杨 帆，徐 健

(1.光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉430205；2.武汉光迅科技股份有限公司，武汉430205；3.国网四川省电力公司 信息通信公司，成都610041）

遥泵系统无中继超长跨距传输的研究

项 旻1,2，王 炜3，张瑞强3，戴 睿3，黄 超1,2，杨思宏1,2，杨 帆1,2，徐 健1,2

(1.光纤通信技术和网络国家重点实验室，武汉430205；2.武汉光迅科技股份有限公司，武汉430205；3.国网四川省电力公司 信息通信公司，成都610041）

对超长距离10G b/s SD H光传输系统进行了实验。系统采用超低损光纤作为传输介质，使用增强型前向纠错（EFEC）技术、分布式宽谱泵浦技术和旁路遥泵技术。通过理论研究和实验测试，实现了单波10G b/s同步数字体系（SD H）系统442.2km无中继传输。

超长跨距；无中继传输；遥泵技术

0　引言

光纤通信已经成为电力通信系统主要的通信方式，大容量超长跨距无中继光传输技术已经成为业界的研究热点。该技术在大容量超长跨距无中继光传输线路不需要中继供电，不仅可以降低光中继站的建设成本，还可以减少通信网络的维护成本，提高传输系统的可靠性和传输质量，特别适用于一些跨越恶劣地形不便供电中继的长距离通信场合。因此，对超高压、特高压输电线路的建设和发展有着不可替代的重要作用。

目前，输电线路如果仅考虑电力传输，传输站距可以达到500km以上，但是通信站距还远远没有达到此水平。现有国家电网使用最多的长距离传输系统是2.5Gb/s SDH系统。在特高压项目中，向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程总长度为1907km，2.5G SDH系统，长度在1000km以上。随着大数据时代的到来，电力系统所需的容量肯定越来越大。以下，我们将分析基于后向双极遥泵系统的10Gb/s SDH超长跨距传输方案，并对其进行实验测试，以期为今后大容量超长跨距无中继光传输系统的应用提供参考。

1　系统关键技术及原理

光纤损耗、色散、噪声和非线性效应是影响大容量超长跨距无中继光传输系统的主要因素。要克服这4种因素所涉及的关键技术包括混合式放大技术[1]、增强型前向纠错技术[2,3]、色散补偿技术[4]、分布式宽谱泵浦技术[5,6]、遥泵放大技术[7]及非线性克服技术[8]等。下面对本文所涉及到的核心技术和OSNR的计算作简单介绍。

①混合式放大技术：喇曼放大器（RFA）的带宽很宽而且噪声较低，但增益不及掺铒光纤放大器（EDFA）。而EDFA增益较高，但噪声系数不如RFA，且只能放大C波段（1530～1565nm）的信号。混合式放大技术就是融合了两者的优点，将EDFA和RFA级联，通过统一控制、均衡调整和精确补偿等技术，得到拥有高集成度、高增益、高输出、低噪声及高效率的光放大系统。

②增强型前向纠错技术：前向纠错技术是一种编码技术，指在发送端的信息序列中加入冗余字节，在接收端利用序列中的冗余字节信息检测并纠正原信息字节序列在传输过程中可能产生的误码，从而有效地降低系统误码率。开销是指在发送端加入冗余字节的比例，编码增益与开销有关，开销越大，编码增益越大。一般光纤通信系统中使用的是7%开销的FEC，编码增益可以达到8dB。此次实验使用的是15%开销的增强型FEC，编码增益可以达到9.7dB。

③遥泵放大技术：远程泵浦放大器（Remote Optically Pumped Amplifier,ROPA）由远程增益单元（Remote Gain Unit,RGU）和远程泵浦单元（Remote Pump Unit,RPU）两部分组成。将掺铒光纤放大器中的泵浦源与掺铒光纤分开，使掺铒光纤置于线路的中间，两者之间的距离大约为100km。泵浦源以远程泵浦的形式经过光纤去激发线路中的掺铒光纤实现放大，泵浦激光器的波长为1480nm，经过合波器进入掺铒光纤。要求远程泵浦源的功率很大，才能对信号光起到激发放大的作用，仅遥泵光放大的增益就可以达到30dB。

④光信噪比的计算：对于传输系统来说，光放大器会积累受激自发辐射噪声（ASE），当信号能量埋没在噪声能量里时，接收端无法正确解析信号。因此，在设计长距离传输系统方案时必须对系统的OSNR进行估算，以确保传输系统接收端OSNR满足模块要求。参考ITU-T G.692[9]标准，系统接收端光信噪比的计算公式可简化为：

式（1）中Pin为入纤光功率，NFsys为系统噪声指数。

对于光放大器的级联应用，可以将级联的光放大器段落等效成单个光放大器，从而可以计算出此系统等效光放大器的噪声指数：

式（2）中NFi、Gi、Li分别为每台光放大器的噪声指数、增益以及对应传输线路的损耗。将式（2）代入式（1）即可得到系统的OSNR。

2　系统实验和结果分析

本次实验基于遥泵系统10Gb/s SDH超长跨距传输实验，实验方案的结构如图1所示。

首先，发送端10G业务信号进入EFEC使用高开销的编码方式进行编码，速率变为进入EFEC之前的1.15倍。然后，通过线路侧可调谐光源（TLS）和受激布里渊散射效应（SBS）抑制器件，出EFEC，SBS抑制器件可以有效抑制光纤中的非线性效应。最后，信号光进入BA进行放大，并与前向喇曼放大器的泵浦光一起进入传输光纤，前向喇曼放大器可以在第一段光纤线路的前50km左右产生增益。第一段传输链路光纤长度为331.6km，经过此光纤传输后进入远程增益单元（RGU）对衰减的信号光进行功率放大。RGU的输出连接两根纤芯，RGU信号光输出端连接业务纤芯，RGU泵浦输入端连接传输泵浦光的纤芯。由于RGU使用低浓度铒离子的掺铒光纤，远程泵浦单元（RPU）采用了高功率的泵浦技术，信号光通过RGU内部的掺铒光纤时被接收端RPU的泵浦光反向激励实现增益超过20dB的信号放大。放大后的信号光进入第二段长度为110.6km的光纤链路，后向喇曼放大器可以在第二段光纤线路中产生增益，最后信号光进入接收端的PA进行放大。

图1　基于遥泵系统10Gb/s SDH传输方案结构图

系统总长度为442.2km，G.652光纤的色散系数为17ps/(nm·km)，此次使用的 EFEC的色散容限为1600ps/nm，对应光纤的长度为94km，因此需在接收端进行360km的色散补偿。经过色散补偿后的信号进入EFEC线路侧进行解码，最后在客户侧输出原10G业务信号。

此次实验使用的是超低损光纤，光纤损耗小于0.18dB/km。第一段331.6km的光纤损耗为59.29dB，第二段110.6km的光纤损耗为79.69dB。线路总长度为442.2km，总衰耗为78.69dB。系统各放大器的噪声指数、增益、输入、输出光功率及光信噪比如表1所示。模拟得到系统OSNR的理论值为12.83dB。图2为光谱仪测试的信号光谱曲线，信号光的波长是1550.12nm，光谱仪实际测试为12.75dB，与理论值相符。经测试，在有EFEC的情况下，对接收端OSNR的极限要求约为11.5dB，系统仍有约1dB的富裕度。

表1　各级放大器参数及系统的指标

图2　发送端和接收端信号光谱

图3所示为EFEC线路侧接收端24小时的纠前误码率，可以看出，在24小时挂机时各波长通道的纠前误码率均未发生明显变化，传输系统保持稳定。纠前误码率在1.5E-3左右，小于FEC的极限纠前误码率3.0E-3。将系统在此状态下进行挂机误码测试，测试时间大于24小时（24小时30分钟），未出现误码。因此，在此状态下系统能长时间稳定运行。

图3　24小时FEC线路侧纠前误码率

3　结束语

本文对超长距离10Gb/s SDH光传输系统进行了实验。经过理论技术分析、实验室研究及系统试验调试，可以看出，在超长距离传输系统中，采用遥泵放大技术可以极大地增加系统传输跨距。作为10Gb/s SDH系统的大容量超长跨距传输，采用旁路遥泵技术的超长跨距传输技术方案，可以实现442.2km的超长跨距无中继传输，系统的功能和性能都达到业界领先水平。

[1]TIWARI U,THYAGARAJAN K,SHENOY M R.Simulation and experimental characterization of Raman/EDFA hybrid amplifier with enhanced performance[J].Optics Communications,2009(282):1563-1566.

[2]闫舒怡,马梦轩.运用EFEC技术实现超长距离传输的10G SDH系统[J].光通信技术,2013,37(5)：20-22.

[3]SHU Lin,DANIEL J,COSTELLO.Error Control Coding Second Edition[M].晏坚，何元智，潘亚汉，等，译.北京：机械工业出版社，2007.

[4]GRUNER-NIELSEN L,WANDEL M,KRISTENSEN P,et al.Dispersion-compensating fibers[J].Lightwave Technology Journal of,2005,23 (11):3566-3579.

[5]STENTZ A J.Optical communication system using multiple-order Raman amplifiers:US,US6163636[EP].2000.

[6]ZANG A K,YU C,XIN X,et al.Optimization on bandwidth in the third-order pumped distributed fiber Raman amplifier[J].Optical Engineering,2013,52(7):55-58.

[7]徐健，付成鹏，卜勤练,等.超长跨距无中继光传输系统中远程增益单元的研究[J].激光与光电子学进展,2012（10）：98-103.

[8]MENYUK C R,MARKS B S.Interaction of polarization mode dispersion and nonlinearity in optical fiber transmission systems[J].Journal of Lightwave Technology,2006,24(7):2806-2826.

[9]ITU-T G.692-1998,Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers[S].

Research on ultra-long distance unrepeated transmission using remote optical pump amplifier system

XIANG Min1,2,WANG Wei3,ZHANG Rui-qiang3,DAI Rui3, HUANG Chao1,2,YANG Si-hong1,2,YANG Fan1,2,XU Jian1,2
(1.SKL of OCTN,Wuhan 430205,China;2.Accelink Technologies Co.,Ltd., Wuhan 430205,China;3.Information&Telecommunication Company, State Grid Sichuan Electric Power Co.,Ltd.,Chengdu 610041,China)

The article introduces an experiment about ultra-long distance transmission of 10Gb/s SDH. Through the theoretical research and experimental testing,the transmission system has realized 442.2km unrepeated transmission for single wavelength of 10Gb/s SDH using ultra low loss fiber,enhanced forward error correction(EFEC),distributed wide spectra pump amplifier and remote optical pump amplifier in additional fiber.

ultra-long distance,unrepeated transmission,ROPA

TN929.11

A

1002-5561（2016）05-0019-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.05.006

2016-01-04。

项旻（1992-），男，工程师，从事光纤通信系统与光器件方面的研发工作。