董振华;印新达;黄丽艳;雷学义;祁劭峰;周晓栋
万能倒角机【摘 要】文章介绍了利用新型SMF-28 ULL超低损耗光纤作为传输介质,使用相位啁啾、前向拉曼、增强型前向纠错(FEC)以及前置随路远程泵浦光放大(ROPA)技术,实现了2.5 Gbit/s系统无中继521 km的超长站距传输,这也是迄今所报道的使用前置随路ROPA技术所实现的距离最远的传输. 【期刊名称】看门狗电路《光通信研究》
【年(卷),期】2011(000)001
【总页数】4页(P5-8)
【关键词】超长站距光传输系统;远程泵浦光放大;拉曼放大;前向纠错;超低损耗光纤
【作 者】董振华;印新达;黄丽艳;雷学义;祁劭峰;周晓栋
【作者单位】光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北,武汉,430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北,武汉,430074;武汉理工光科,湖北,武汉,430074;光纤通信技术和网络国家重点实验室,湖北,武汉,430074;武汉光迅科技股份有限公司,湖北,武汉,430074;国网信息通信有限公司,北京,100761;康宁通信大中华区,上海,200233;康宁通信大中华区,上海,200233
JING液灌溉系统【正文语种】中 文
【中图分类】TN915
0 引 言
“十一五”以来，特高压电网和直流输电工程的大量建设推动了我国电网联网的进程，也对作为“智能电网”重要组成部分的光传输系统提出了更高的要求。输电线路及与之配套的光缆经过的往往是自然条件恶劣、交通不便的地区，中继站点的建设与维护十分困难，这就需要增大站间距离以减少光通信中继站的数量。300 km以上甚至400 km的站距的出现，对传统超长站距光通信系统提出了严峻的挑战，超长站距光通信技术已成为跨大区电网联网的重要技术基础[1]。因此，研究实用化的超长站距光传输技术，服务于我国电网的跨越式
发展，具有非常重要的现实意义。为此，国家电网信息通信公司与武汉光迅科技、美国康宁公司展开合作，进行了超长站距光通信系统实验与研究。
1 SMF-28 ULL超低损耗光纤研究
为延长无中继传输距离，各种超长距传输方案无一例外地使用了大功率掺铒光纤放大器(EDFA)、单向/双向拉曼放大器、遥泵放大技术、增强型前向纠错(FEC)编码技术，甚至高级码型调制技术[1-3]。受光纤中各种非线性效应的影响以及安全的考虑，通过进一步提高入纤光功率来延长传输距离变得不再现实；差分相移键控(DPSK)等高级调制码型光模块现阶段还较昂贵，无法大规模商用。于是，提高传输距离的探索又回到了光纤发明之初的头几十年里人们所追求的不断降低光纤损耗的努力之中——这也是延长传输距离最有效的方法。此前国外的超长站距传输系统，尤其是海底超长传输，普遍采用G.654光纤来延长传输距离[4]，由于G.654光纤成本较高，同时与陆地网络中大量应用的G.652光纤存在兼容问题，因此并未在国内应用。本次实验系统采用的是一种新型的符合G.652标准的SMF-28 ULL超低损耗光纤，表1列出了其与普通G.652光纤相关参数的对比。其在1 550 nm传输窗口的损耗典型值为0.168 dB/km，这大大低于普通G.652光纤0.20 dB/km的典型损耗，因此
可以有效地延长系统的传输距离。此外，在1 310、1 625 nm的传输窗口及1 450 nm附近的拉曼工作波长范围，该光纤的损耗和偏振模散(PMD)值也是所有商用G.652光纤中最低的，能充分支持40 Gbit/s与未来100 Gbit/s系统的长距离传输。马铃薯馒头
表1 SMF-28 ULL光纤与普通G.652光纤参数比较SMF-28ULL光纤G.652光纤典型损耗@1 550 nm/dB/km0.1680.200典型损耗@1 480 nm/dB/km0.190.22模场直径@1 550 nm/μm10.710.5散@1 550nm/ps/(nm·km)≤18≤18PMD/ps/km<0.04<0.06
图1列出了不同系统配置下两种光纤无中继极限传输距离的比较。从图中可以看出，在相同的2.5 Gbit/s系统配置下，SMF-28 ULL光纤传输距离平均比普通G.652光纤多出了22.7%。因此SMF-28 ULL光纤的使用可以大幅提高中继站之间的距离，以减少中继站的建设。比如某输电工程总长1 200 km，采用普通G.652光纤配合传统BA+FEC+PA方案，中继站间距为250 km，共需建设5个中继站，如果采用SMF-28 ULL光纤后中继站间距延长至307 km，则只需建设4个中继站。考虑到中继站大量的设备投资与后期人员维护成本，使用SMF-28 ULL光纤所节省的费用是非常可观的；而如果保持中继站间距不变，则可以提高整体链路的光信噪比(OSNR)，从而使系统有更高的OSNR预算，这样就可以大幅降低系统的复杂程度，并减少设备投资。
图1 不同系统配置下两种光纤极限传输距离的比较
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2 系统关键技术及工作机理t恤制作
本文所介绍的实验系统如图2所示。该系统除了使用SMF-28 ULL光纤延长传输距离外，还主要运用了以下关键技术：
(1) ROPA技术：ROPA简称遥泵放大器，主要用于无中继系统中，用来提高系统的功率预算，延长传输距离。其原理可以描述为将铒纤与相关的无源器件放置在同一盒体中，在传输光纤的特定位置接入，作为远程增益单元(RGU)。1 450～1 490 nm波长的泵浦源放置在终端，通过随路或旁路方式将泵浦光注入RGU中的铒纤，对经光纤传输衰减后的信号起放大作用，增加传输距离。其作用类似于线路放大器，但由于置于线路中的RGU不包含任何有源器件，因此无需设置中继站提供供电和维护，工程成本大为降低。
图2 系统结构图
(2) 拉曼放大技术：拉曼放大器的机理源自于受激拉曼散射(SRS)效应，即强泵浦光与介质分子相互作用发生散射，在散射过程中一部分泵浦光的能量转移到信号光上，使信号光得
到放大。拉曼放大器由于采取了分布式放大的机理，相比具有负的等效噪声指数的EDFA，可以更有效地提高传输距离。
(3) 相位扰动器：根据受激布里渊散射(SBS)阈值与光谱线宽成正比的原理，系统采用铌酸锂(LiNbO3)外调制器对信号光相位进行调制以增大光信号的谱宽，达到提高SBS阈值、增加入纤光功率的目的[5]。
(4) 光栅型散补偿模块(DCM)：利用光栅对不同波长具有不同反射特性的原理对链路散进行补偿。由于本实验传输距离达521 km，如果采用散补偿光纤(DCF)则至少需要400 km以上的DCF，此时DCF损耗高达40 dB，信号经DCF衰减后无法满足接收机灵敏度的要求。而DCM插入损耗小且与补偿距离无关，非常适合长站距无中继传输系统中的散补偿。
(5) FEC技术和EDFA技术：由于这两项技术在实际系统中应用比较广泛，本文就不再详细介绍，具体可参考文献[1]。
系统工作机理：SDH分析仪产生223-1样式、速率为2.488 Gbit/s的伪随机序列，经编码增
益为8 dB的FEC编码后通过中心波长为1 550 nm的分布反馈(DFB)激光器发射进入LiNbO3相位扰动器进行相位扰动，以抑制高入纤功率造成的SBS非线性代价。随后信号进入BA放大至12.4 dBm，并与功率为800 mW、波长为1 450 nm的拉曼泵浦光一同进入总长度为402.9 km、线路损耗为69.75 dB的前段SMF-28 ULL光纤中传输，同时得到拉曼分布式放大。信号光到达RGU进行集总式放大。后段光纤长度为118.29 km，线路损耗为20.3 dB，位于线路末端的大功率激光器将功率为30.5 dBm、波长为1 480 nm的远程泵浦光通过WDM合波器反向注入到信号链路中，到达RGU时衰减至8.2 dBm，此时RGU产生15 dB的增益，噪声指数为5.79 dB。信号光经RGU放大后进入后段光纤中传输，在传输过程中同时受到反向传输的1 480 nm泵浦光的拉曼放大作用，最终到达接收端。由于大功率泵浦激光器的应用，进入接收端PA的光信号中混有大量的带外噪声，严重影响了PA对信号光的放大效率，因此必须在PA前加入窄带光滤波器。信号光经PA放大后进入DCM补偿链路积累的散，随后进入FEC接收机进行FEC解码，最后送回SDH分析仪进行误码分析。
文献[2]、[6]分别报道了507 km、529 km 2.5 Gbit/s无中继传输系统，但是由于其系统中使用双向旁路ROPA占用了额外的光纤资源，实际工程中开通与维护难度较大。而本系统仅使用了前置随路ROPA方案，泵浦光同信号光在同一根光纤中传输，不占用宝贵的光纤资
源，工程易于开通与维护，同时泵浦光还能对信号光起到显著的拉曼放大作用，因此该系统配置具有更高的实用价值。
3 实验内容和结果
为了获得系统极限传输损耗，我们在前段200 km光纤处加入可调衰减器(VOA)配合实验。据文献[6]介绍，利用大功率EDFA产生26.4 dBm入纤功率，并使用前置ROPA,在纯石英低损耗光纤中实现了距离为490 km、链路损耗为87.4 dB的无中继传输。本文所述实验系统是在该系统上增加了分布式前向拉曼放大器，从而提高了等效入纤功率，有效地改善了系统接收OSNR，帮助我们进一步将链路损耗提高到了90.05 dB。图3中实线为在图2所示系统配置下(有前向拉曼)，通过调节BA输出功率测得的无误码时链路最大传输损耗曲线。作为对比实验，我们去掉前向拉曼，调高BA输出光直接进入光纤，重做之前的实验，实验结果如图3中虚线所示。可以看出，在有前向拉曼配置下，最大传输损耗得到了2.5 dB左右的改善。当等效入纤功率超过24 dBm后，系统便会因非线性效应产生明显的通道代价。
