超高压采用超长站距光纤通信技术
中图分类号： 文献标识码：A 文章编号：1003-9082（2015）12-0326-01
一、前言
电网传输的容量越来越大是因为超高压输电线路的不断建设，变电站的传输距离不断增长。和输电线路一起建设的OPGW光纤通信和光缆由于超长距离的传输使光信号比较严重的劣化，就需要进行对信号的中继放大，因此需要建设光纤通信中继站。超高压输电线路的路径一般走向很偏，纯光纤中继站的工程建设、选址问题、运行及维护是有一定的难度的。设立纯光纤中继站就要引入交流专线、要用建设通信机房、架空引入光缆、电源建设进站道路，增设太阳能组合电源设备和光设备。光纤中继站的机房的动力环境、引入光缆、引入电源、设备运行不论哪个环节发生故障，都会使通信系统的电路出现中断。而且光中继站到运行维护的地方路途远，抢修故障的时间很长，对光纤电路的可靠运行产生很大影响，使电网的安全运行水平下降。
所以继站数量的减少，能够节省许多运行和建设的费用，降低电路的故障环节，从而使电路运行的安全性和稳定性提高。本文探讨了超长站距传输系统的新技术。
二、光信噪比受限
光纤通信当中，传输系统被分为色散受限系统和损耗受限系统。通过光放大器可以克服传输系统中的损耗受限，色散补偿技术可以克服色散受限，系统的最终受限的因素就是光信噪比。因为光信号被光放大器进行放大的时候就会产生放大辐射、噪音，在级联系统当中，各个放大器所产生的ASE噪声会连着线路积累，然后与信号混在一起经过减弱及放大的过程却不能消除，当系统积累的ASE噪声功率与信号功率差不多时，因为噪声的影响接收机不能正常的接收，这就是OSNR受限。
在单跨距传输系统当中也有OSNR受限，就是在跨段损耗很大的时候，信号的减弱比较严重，在对一个放大器放大的时候，因为放大器产生了ASE噪声而导致输出的OSNR特别低。提高信号入纤光功率就会导致很严重的非线性现象，所以就要利用非线性抑制技术来提高入纤光功率，由于喇曼放大器能够得到较低的噪声指数因此在长距离或长跨距传输系统中广泛应用。另外还有一种改善系统传输能力的方法就是利用前向纠错技术，以改善系统的OSNR最低容限。最后，能够利用遥泵技术把全部传输系统分成多段、两段以此提升系统的传输距离。
三、喇曼放大技术
喇曼放大器的机理源于受激喇曼散射效应，就是泵浦光比较强的时候，介质分子和入射光子相互作用发生散射，入射光子会随着散射的过程中发生频率向下产生一定的偏移，所以在注入传输光纤中的信息号频率较低的时候，SRS就会让部分泵浦光能量发生转移，转移到信号光上，喇曼放大器的机理就是这样的。SRS和受激布里渊散射SBS的机理相似，只是SBS的阈值要远远小于SRS的阈值，所以光纤喇曼放大器就要比较大的泵浦光功率。
光纤喇曼放大器能得到负的噪声指数，是由于光纤作为它的增益介质，分布式的放大在信号传输的过程中实现。分布式EDFA的噪声指数比喇曼放大器放小许多，这也不代表喇曼放大器的性能比不上EDFA，所以引入了等效噪声指数的概念。是用一个分立式放大器代替分布式喇曼放大器DRA，在输出信噪比一样时把分立式放大器要的噪声指数定义为DRA的等效噪声指数。
DRA有很低的等效噪声指数，它还有其它的特点：1.传输光纤是它的增益介质，光信号在传输光纤中不论是集中式分布放大还是分布式放大，信号在传输光纤中各点光功率很低，避免了非线性的影响;2.泵浦波长决定放大器的增益波长，选择适合的泵浦波长就能对任意波长的信号光放大。因此喇曼放大器就能够利用多泵浦技术，使信号的全波段放大得到实现，对DWDM的传输系统有重要的意义。
四、FEC技术
FEC是在发射机编码时加入一些监督码元，信息码源和监督码元是相互制约的，接收机按制定的规则来检验它们之间的关系以肯定是不是已破坏，如果发现了被破坏，就能够发现错误甚至是纠正错误。纠错编码高的传输质量是以牺牲有效带宽为代价，决定其性能的关键是编码方案。光纤长距离传输系统中它传输的信号的速率是比较高的，所以编码尽量简单、消耗的存储单元少、时间短。从纠错能力的强弱来看，光纤长距离传输系统所运用的纠错编码有如下：
1.RS（255，239）编码
这个纠错码有5.8dB的编码增益，选择RS码主要是RS码作为最大距离可分的线性分组码，有译码时延固定、编译码简单、很高的效率、消耗存储空间小的特点，而且RS码作为多进制码不但能够纠正单个比特错误还可以纠正多个比特错误，在经过交织以后还能纠正突发性的比特流错误，这样很适合骨干传输的要求。
2.超强FEC
纠错编码方式运用Turbo乘积码（TPC），就是对码块的行与列进行分别编码，在译码的时候采用迭代译码技术及软判决，能够提高编码增益。因为FEC可以在不改变系统结构的基础上为系统提供有益的线路预算，所以在长距离传输系统中广泛运用。
五、遥泵技术
远程泵浦光放大器的简称是遥泵放大器，它是EDFA的一种比较特别的应用方式。在超长跨距传输系统中采用遥泵放大器，重点解决OSNR受限问题。
遥泵放大器可将一定距离的掺铒光纤熔接到传输系统中的合适位置，从接收端或发射端发送高功率的泵浦光，通过的传输光纤和泵浦输送光纤注入EDF后激励铒离子，从而可完成信号光的放大。 遥泵放大器的一个发展方向是多阶遥泵技术。一阶遥泵技术因为受喇曼散射阈值的限制使其性能也受到限制，多阶遥泵技术正是采用喇曼散射使这种限制被打破。多阶遥泵技术是在泵浦激光器上能够选择相对低的波长，而且让它的功率远远高于喇曼阈值，让泵浦在光纤中能经历一次甚至多次的喇曼散射，再充分运用喇曼散射得到的散射光来做EDF的激励源。海底光通信中遥泵放大器得到了很广泛的应用，由于海底光通信中系统的跨距很长，海底环境很恶劣不能够建立光或者电中继站，所以使用遥泵放大技术克服超长跨距带来的OSNR劣化是必须的。
六、SBS抑制技术
如果注入光纤的光功率比较大，光纤中会出现非线性的现象。光纤中比较典型的非线性分为散射效应（包括SBS和SRS）和克尔效应，这里SBS的阈值是最低的，这是限制入纤光功率提高的重要因素。SBS的表现是：输入光纤的泵浦光功率一直增大而且高过某个阈值时， 输出光功率是倾向于饱和，大量的光功率能够通过散射发生向相反方向传输的斯托克斯光波，而斯输入的泵浦光功率高于斯托克斯波的频率。
通过在信号的输出端外加一个相位调制器是外相位调制的方法，进行调制时给调制器一个射频信，改变信号的功率谱密度是通过改变射频信号的频率、幅度。外相位调制方法也存在缺点，由于展宽了信号的谱宽，对色散补偿的要求要更精准。
七、色散管理技术
光纤通信系统中必须考虑的一个问题是色度色散。由于信号光波中所含的不同频率成分在光纤中的传播速度不同而产生的色度色散，它会使信号脉冲的展宽，使相近的脉冲之间发生重叠而导致产生码间干扰。
以前的光纤通信系统都是采用色散光纤进行色散补偿，因为G.652与和G.655光纤都是正色散，所以色散补偿光纤一般采用比较特殊设计的有很大的负色散系数的光纤，一般要原G.652传输光纤长度20%的色散补偿光纤就能够全部补偿。
有效面积比较小是色散补偿光纤的缺点，非线性效应明显，损耗根据不同的色散量要求而改变，形成的附加损耗不一样，会给系统带来额外损耗及对功率的额外要求，如果单波系统采用色散补偿光纤（DCF）方案，成本是很贵的。
八、结束语
通信技术在不断向前发展，各种各样的光纤通信超长距离传输的新技术方案一直在涌现并不断的完善，从而实现了越来越远的单跨传输距离。所以在工程中应该大力推广应用新科技，以保证光纤通信网能够安全、可靠的运行。超高压公司信通中心针对超长站距光纤通信技术进行的研究测试表明，利用当前的通信技术可以取消中继站，简化系统通信不必要的环节，从根本上提高电路运行的可靠性。
