超长站距光纤通信研究

对超长站距光纤通信进行研究，指出影响传输距离的主要因素，以及相应的应对技术，在此技术上，以南方电网罗百线路为例，进行光纤超长距离传输电路设计，并开展相应的测试，验证设计电路。

　　关键词：超长站距光纤通信系统;掺铒光纤放大器;拉曼光纤放大器;啁啾光纤光栅

　　1超长站距光纤通信传输的限制因素

　　光纤传输距离主要受光纤的衰减、色散、非线性三方面影响，分别对应为光信噪比受限、色散受限和非线性受限。

　　1.1光信噪比受限

　　在进行光传输系统设计时，系统的接收光信噪比如下式(1)所示：

　　(1)

　　其中是指入纤信号光功率;为线路的衰减值;为光放大器的噪声指数，是指系统总的跨段数，为光子的跃迁能量，约[8]。

　　由上式可以看出，信噪比受限主要有两方面：一是信号经过放大器时引入的噪声，二是长距离传输引入的噪声。

　　1.2色散受限

　　色散受限是指当信号相邻码元间产生码间干扰，造成接收机产生错误的电平判决从而产生误码。光纤中有三种基本色散效应：模间色散、色度色散和偏振模色散。在单模光纤中，色度色散占主导地位。

　　1.3非线性受限

　　1.3.1克尔效应：在进入光纤的光功率较高的情况下，光纤会表现出与入射光的光强有很强相关性的折射率，从而改变了入射光在介质中的传输特性这一现象。

　　1.3.2受激散射：受激散射是指由于光纤物质中原子振动参与的光散射现象。在受激散射效应中，受激布里渊散射阈值低于受激拉曼散射阈值，因此它是制约光纤通信入纤光功率大小的首要因素。

　　2超长站距光纤通信系统的关键技术

　　针对光信噪比(OSNR)受限的问题，常用的解决方法包括：降低光放大器的噪声指数，例如使用等效噪声指数为负值的拉曼放大技术与遥泵放大技术;使用损耗较小的新型光纤技术，可以降低链路损耗，从而提高进接收侧前置放大器的光功率;采用前向纠错编码技术(FEC)降低接收机对系统光信噪比的要求等。针对色散受限问题，当传输速率不大于或传输距离较短时，偏振模色散对光纤传输系统的影响较小，不需要考虑。而对于色度色散，通常采用啁啾光纤光栅进行色散补偿。

　　2.1前向纠错技术

　　前向纠错技术是在发送端的FEC编码器将待发送的数据信息按一定规则编码产生监督码元，从而形成具备一定纠错能力的码字。而接收端的FEC译码器将收到的码字序列按预先规定的规则译码，当检测到接收码组中的监督码元有错误时，译码器就对其差错进行定位并纠错，这样可以获得编码增益，从而系统的传输距离得以提高。FEC可以分为带外FEC和带内FEC。

　　2.2掺铒光纤放大技术

　　掺铒光纤和普通的单模光纤的区别在于它在光纤的芯部加入了微量的铒，使得它能较好地吸收特定波长(一般是和)的光。掺铒光纤放大器的出现打破了光纤通信系统传输距离受光纤损耗的限制，使全光通信距离大大提高。掺铒光纤放大器主要用途如下。接收机前置放大、功率放大器、光中继放大器。

　　2.3拉曼光纤放大器

　　拉曼光纤放大器是利用强泵浦光通过光纤传输产生受激拉曼散射(SRS)效应来实现光放大的，在满足更长距离和更大复用速率传输中显示出明显的优势。一是拉曼放大是非谐振过程，增益响应仅依赖于泵浦波长及其带宽，可以得到任意相应波长的拉曼放大。二是其增益介质为光纤本身，可以对光信号进行在线放大，构成分布式放大，实现长距离的无中继传输和远程泵浦。三是噪声系数低，与常规掺铒光纤放大器放大器混合使用，可做成具有宽带宽、增益平坦、低噪声和高输出功率的混合放大系统。四是饱和功率高，增