骨干电网光纤通信技能的研习范文

为了提高系统性能，除了考虑由RA－EDFA以及由双向锐利散射产生的自发辐射噪声（sponta－neousemissionnoiseofamplifier，ASE），还要考虑非线性效应。当传输距离较大而中继距离较小时，非线性效应为主要影响因素；当传输距离较小而中继距离较大时，泵浦功率为主要限制因素［7］。图2为在不同情况下系统的品质因数（Q）与距离的关系图。由图2可以看出，当系统中继距离不同时，对比SMF与DFF两种情况下系统的Q值，发现RA－EDFA在使用GFF时系统性能更好，为提升中继距离提供了较好的方法。图3为EDFA在波长路由网络（wavelengthroutingnetwork，WRN）中的瞬态和稳态的增益特性。由于骨干网中存在动态重构性，输入光功率变化或链路结构发生变化都会使EDFA的增益特性出现波动。

随着输入信号光功率的变化，EDFA的增益瞬时增益化，为研究这种现象，须建立1个模拟系统。该模拟系统使用3个光源（波长分别为1555nm、1556nm和1557nm），在传输中使用10个EDFA级联，用光开关和光衰减器来模拟系统损耗；EDFA泵浦设置为100mW，3个光源功率均为mW。当3个光源同时工作时，光路功率稳定。

在第100μs时，中断1555nm和1557nm两个光源，会出现光路瞬态响应，放大功率迅速上升。图4为第五级EDFA的输出光功率［8］。由图4可知光路稳定后的功率高于稳态时的最高值。为了描述这一现象，定义参数光功率失常激增速率（opticalpowerrate，OPER）RΔP＝ΔP／trt．（1）式中：ΔP为系统稳态到光路重构稳定后的功率变化；trt为上升时间。

图5为功率失常激增速率和瞬时响应与级联EDFA数量的关系图。由于在链路重构中参与的放大器不止1个，当增加放大器数量时，系统的瞬态性被优化。在波长路由网络中，不同的光路可能拥有共同的输入或输出节点，在光链路重构期间输入的EDFA光功率发生变化时会影响到已经存在的光链路。这样的连锁效应还会影响很多光链路，且每一链路所受到的影响级别可以由该链路与重构链路的节点数来衡量。

从统计角度来说，任一光路的重构是等概率的，所以在光路重构中任一节点受到影响的概率也是相等的。当网络中多条信道发生重构时，相关节图5OPER对应EDFA数量的关系点的稳态功率也相应变化，当其变化超出接受范围时将使系统恶化，因此需要对信道进行补偿。常用的补偿方法为连续信道补偿和最小信道补偿。连续信道补偿是用1路光路来专门控制输入EDFA的功率来稳定输出功率。最小信道补偿是在连续信道补偿上的改进，即当光路节点的功率变化超出了该节点的动态范围时才对该节点进行补偿。

色散补偿及管理技术

随着光放大技术的逐渐成熟，特别是传输速率的进一步提高，色散效应成为限制系统的主要因素。色散主要是由于波长、模式和折射率的相关性导致不同波长和模式的光传输速度不同，通常表现为信号展宽。光纤色散包括模式色散、材料色散和波导色散，其中材料色散和波导色散统称为色度色散。在多模光纤中由于不同模式光的传输时延不同，因而存在模式色散［9］。在单模光纤中因为只有一种模式，所以主要是材料色散和波导色散。在标准单模光纤（singlemodefiber，SMF）中，波长为1310nm处的材料色散与波导色散抵消，该波长处为零色散点。然而在传输光信号时并不是当色散为0时最好，因为当色散为0时会引入非线性效应，如四波混频（four－wavemixing，FWM）会恶化系统性能，所以适度的色散是必要的，只要接收端的总色散为0即可。

在传输速率较低时，光纤可以看作与数据速率无关的传输媒质。但随着通信业务的飞速增长，光纤已不能理想化的看作与信息速率无关的媒质，色散效应使脉冲展宽并引起误码，所以色散补偿及管理技术的重要性日益明显。常用的色散补偿方式有固定色散补偿和可调色散补偿。固定色散补偿即利用色散补偿光纤来补偿传输中累积的色散。色散补偿光纤和单模光纤长度应满足式中：D和Dc分别为常规单模光纤和色散补偿光纤（dispersioncompensatingfiber，DCF）在工作波长的色散系数；L与Lc分别为常规单模光纤和DCF的长度；λs为光波波长。

可调色散补偿也是常用的补偿方式。随着单信道比特速率的提高，WDM波长信道数增加，光网络向着动态可配置智能化方向演进，系统对一些参数的变化更敏感。另外，网络重构性的增强和器件环境的变化都会导致链路残余色散值变化，所以需要在光网络或系统中进行动态自适应色散补偿。通常利用可调光纤布拉格光栅、虚拟成像阵列（virtu－alimagephasearray，VIPA）、标准聚合环形谐振器等进行可调色散补偿。在WDM系统中，当仅对1个信道进行补偿时，由于不同波长光对光纤的色散不同，会给其他信道带来不均衡补偿，使其他信道产生残余色散。

为了消除这种情况，必须使补偿器件与传输光纤色散曲线的频谱斜率匹配，否则会在其他信道上引起残余色散。在WDM超长跨距光通信中色散补偿是必不可少的，在一些随环境变化和动态可重构的网络中，还需要进行可调色散斜率补偿。常用的补偿器件有固定色散斜率补偿的光纤布拉格光栅（fiberbragggrating，FBG）、VIPA和基于FBG的可调斜率补偿等。一定的色散可以有效抑制交叉相位调制（cross－phasemodulation，XPM）与四波混频FWM，而在接收端，色散降低可以减小码间串扰（inter－symbolinterference，ISI）引起的误判。群速度色散（groupvelocitydispersion，GDG）和信号功率沿光纤链路的变化与传输光纤的类型、DCF和光放大器的相对位置有关。研究GDG以及信号功率在光纤链路上分布，从而使系统性能达到最佳的技术称之为色散管理。色散管理并不是完全消除色散，因为零色散并不适合系统传输，其目的在于通过有效安排色散，利用色散来抑制非线性效应，并在接收端消除色散来优化系统性能。基于强度调制直接检测的系统在使用模块化的色散管理时可以达到很好的系统性能。所谓模块化色散管理，是把正色散光纤和负色散光纤封装在同一模块中，并在光纤系统中放置多个这样的模块。

归零码－差分相移键控（returntozero－differentialphaseshiftkeying，RZ－DPSK）调制格式具有优越的性能，特别是它能提高基于强度调制直接检测的系统性能，正越来越受到关注。尽管模块化的色散管理可以提高系统性能，在超长跨距RZ－DPSK光通信系统中利用G．655NZDSF和模块化的色散管理的性能，相对于不使用模块化色散管理的系统性能有所降低。研究系统由96个发射机发射RZ－DPSK信号，发射波长从1540．5nm到1559．5nm，信道间隔为0．2nm。传输部分由EDFA与DFF组成，DFF由超大面积光纤（servicelevelagreement，SLA）和负色散光纤组成。系统总传输距离为6393．6km，认为放大器对不同波长的光信号的放大倍数是相同的。由于色散补偿模块不能补偿系统中所有的累积色散，用3段SLA（长度均为115．2km）来补偿信号传输中所累积的负色散，分别用前置（pre）补偿、后置（post）补偿、preandpost补偿方式进行补偿，色散管理框图如图6所示。从图6可看出preandpost补偿相对于其他两种方式具有很好的色散管理能力。图7为在96个信道中通过各中继器时的平均Q值。从图7中可以看出非模块化的色散补偿方式的性能比preandpost补偿方式的还要好，而pre补偿和post补偿相对于模块化的色散补偿性能并没有提高多少。这可能是由设计方案造成的，因为在pre补偿和post补偿中信号分别在累积的正色散和负色散环境中进行传输，色散的严重不平衡降低了系统信号传输性能。通过对比3种设计方案（pre补偿、post补偿、preandpost补偿）的性能，发现preandpost补偿的色散管理效果最好。而与非模块化的管理相比，preandpost补偿稍有逊色。pre补偿和post补偿比普通的模块化补偿的性能提高不多，这是因为它们分别具有高累积的正色散和负色散。同时还发现利用倾斜的preandpost补偿也可以提高模块化的色散管理。随着技术的发展，先进的调制格式和接收方式也提高了系统抗色散的能力。近年来倍受关注的电子色散补偿（electronicdispersioncompensation，EDC）成为色散补偿领域的研究热点。由于在电域上对信号的处理技术远比光域处理成熟，因此可以利用先进的数字信号处理技术分担部分光域上的传输压力。EDC实际上是一种电子均衡技术，通过大致估计信道的传输函数，对传输信号进行预处理以减轻链路损伤，在接收端由均衡器恢复信号，实现等效的色散补偿。EDC使用较灵活，结合相应的算法可以实现对偏振模色散（polarizationmodedispersion，PMD）的补偿，因此极具研究价值。

结束语

本文介绍了超长跨距传输系统的若干关键技术，由于其具有简单结构及端到端的特点，在城际网、无人区建网中被广泛应用，尤其在智能电网通信中发挥着重要作用。超长跨距系统可有效解决长站距之间的通信需求，降低成本，具有较高的经济效应。除了上述提到的关键技术，如新型光纤技术、动态增益均衡技术、前向纠错技术等都会对系统产生影响。因此，在设计系统时，必须全方位考虑各种因素，协调各技术之间的联系，以优化系统性能，提高传输容量和距离。

作者：邵昱阳书拥拜姝羽罗禹单位：河南郑州供电公司武汉大学电气工程学院