導(dǎo)語：長距離光纖傳輸降低成本提高收益論文一文來源于網(wǎng)友上傳，不代表本站觀點(diǎn)，若需要原創(chuàng)文章可咨詢客服老師，歡迎參考。

編者按：本文主要從光纖傳輸?shù)氖芟拊?；光纖傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)；光纖傳輸?shù)男阅芎徒?jīng)效益分析進(jìn)行論述。其中，主要包括：多年以來，所有研究光纖通信技術(shù)的機(jī)構(gòu)對光纖傳輸?shù)囊蟛粩嗵岣?、光纖通信分為模擬通信和數(shù)字通信兩種方式、衰耗受限、色度色散受限、偏振模色散(PMD)受限、光纖喇曼放大器(FRA)對光纖損耗進(jìn)行補(bǔ)償、前向糾錯(FEC)編碼減少誤碼率、碼型技術(shù)提升系統(tǒng)的傳輸性能、超寬頻帶的長距離WDM傳輸系統(tǒng)，非歸零(NRZ)、歸零(RZ)等碼型都有各自的特色、色散補(bǔ)償延伸光傳輸?shù)木嚯x、簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供端到端傳送業(yè)務(wù)、更強(qiáng)的穩(wěn)定性和運(yùn)維功能、靈活的升級擴(kuò)容能力等，具體請詳見。

摘要：長距離光纖傳輸充分利用最新的光纖傳輸技術(shù)，對多種數(shù)字業(yè)務(wù)具有透明的傳輸特性，減少了網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)間的電中繼和光中繼，大大降低了長距離傳輸?shù)某杀?。本文研究了光纖傳輸?shù)氖芟拊?，提出長距離傳輸?shù)腇RA、FEC和碼型技術(shù)提高光纖的傳輸性能。在效益上，長距離光纖傳輸能有效降低成本、從而全面提高收益。

關(guān)鍵詞：光纖通信、PMD、碼型技術(shù)、喇曼放大器

多年以來，所有研究光纖通信技術(shù)的機(jī)構(gòu)對光纖傳輸?shù)囊蟛粩嗵岣?。特別是最近幾年，光通信系統(tǒng)傳輸距離有了飛躍式的增加。為了克服長距離傳輸中光纖對信號的衰減，在光纖通信系統(tǒng)中每隔一定的距離就必須設(shè)有中繼站，以便對光信號進(jìn)行再生或放大。不管是在建設(shè)階段還是在維護(hù)階段，中繼站在光纖網(wǎng)絡(luò)建設(shè)成本中都占有不小的比重，特別是在跨山區(qū)、無人區(qū)的電力通信網(wǎng)絡(luò)和跨海光纖網(wǎng)絡(luò)中，中繼站的成本更是昂貴。因此，延長單段無中繼光傳輸距離是一個具有實(shí)際意義的問題。傳輸線在每個傳輸端站之間是無源的，使得系統(tǒng)的可靠性和傳輸質(zhì)量都得到了保證，性價比很高。

1.光纖傳輸?shù)氖芟拊?/p>

光纖通信分為模擬通信和數(shù)字通信兩種方式，下面我們主要來討論數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸距離的受限機(jī)理。

(1)衰耗受限

光信號在光纖中傳輸時能量(光功率)會隨著傳輸距離的增長而衰減，這稱為光纖衰耗。每公里光纖對光功率信號的衰減值定義為光纖的衰耗系數(shù)，單位dB/km。如G.652光纖在1550nm波長區(qū)域的衰耗系數(shù)0.15～0.25dB/km。

在光通信系統(tǒng)中，光發(fā)射機(jī)的發(fā)光功率不能過大，因?yàn)榘l(fā)光功率過大會減少光源器件的壽命，而人纖光功率過大還會引起嚴(yán)重的非線性效應(yīng)，所以一般不應(yīng)大于+5dBm；同時，光接收機(jī)的接收靈敏度也是有限的，一般在一30dBm左右，這樣，光發(fā)射機(jī)的發(fā)光功率和光接收機(jī)的接收靈敏度之間有限的功率落差以及光纖的衰耗系數(shù)就決定了系統(tǒng)中單跨段的最大傳輸距離。

(2)色度色散受限

所謂色度色散是指光脈沖在光纖中傳輸時隨著傳輸距離的增長而出現(xiàn)脈沖展寬和畸變效應(yīng)，而光脈沖的展寬和畸變會導(dǎo)致光傳輸質(zhì)量劣化，產(chǎn)生碼間干擾、誤碼等，從而限制了系統(tǒng)中單跨段的最大傳輸距離。衡量光纖色度色散的概念是色度色散系數(shù)，它定義為一公里長的光纖傳輸單位譜寬時所產(chǎn)生的脈沖展寬值，如G.652光纖在1550nm波長區(qū)域的色度色散系數(shù)17～20ps/nm.km。

光纖的色度色散系數(shù)越小越好，較小的色度色散系數(shù)意味著光脈沖在光纖中傳輸時能夠傳更遠(yuǎn)的距離而保持脈沖的有效性。

(3)偏振模色散(PMD)受限

所謂偏振模色散(PMD)指的是由于光纖的隨機(jī)性雙折射所引起的不同相位狀態(tài)的光呈現(xiàn)不同的群速度，從而導(dǎo)致不同偏振態(tài)的光信號不能同時到達(dá)接收端，即出現(xiàn)延時現(xiàn)象。PMD不但受光纖制造工藝的影響，而且也受光纜施工的影響。因此，PMD的隨機(jī)性非常大，其值隨光纖所處環(huán)境變化而變化。由PMD產(chǎn)生的延時值其大小取決于光纖的PMD系數(shù)和系統(tǒng)的傳輸距離，所以當(dāng)這兩者確定之后，由PMD產(chǎn)生的延時值也就確定了。但延時值對不同傳輸速率的影響是不同的，傳輸速率越低(2.5Gb/s以下)，該延時值與其碼元周期相比，所占的相對比例越小，其影響可以忽略不計；而傳輸速率越高(l0Gb/s以下)，該延時值與其碼元周期相比，所占的相對比例越大，其影響就不能忽略。

2.光纖傳輸?shù)年P(guān)鍵技術(shù)

長距離光纖傳輸技術(shù)是一系列關(guān)鍵技術(shù)的集成。

(1)光纖喇曼放大器(FRA)對光纖損耗進(jìn)行補(bǔ)償

在光纖傳輸中，喇曼放大器技術(shù)是最關(guān)鍵的光傳輸技術(shù)。它可以將傳輸光纖本身變成一個放大器,也可以放大摻鉺光纖放大器(EDFA)所不能放大的波段。它利用普通的傳輸光纖就能實(shí)現(xiàn)分布式放大，從而大大提高系統(tǒng)的光信噪比（OSNR）。

FRA利用光纖自身對信號進(jìn)行放大，信號在傳輸過程中的固有損耗可以在光纖內(nèi)部進(jìn)行補(bǔ)償。一種應(yīng)用較廣的被稱之為分布式光纖喇曼放大器(DFRA)。對于長距離光纖傳輸來說，利用喇曼放大器提高系統(tǒng)的OSNR、增加系統(tǒng)中繼長度、提高波分復(fù)用(WDM)系統(tǒng)的通道數(shù)和抑制光纖非線性效應(yīng)是其主要目的。

(2)前向糾錯(FEC)編碼減少誤碼率

在光傳輸系統(tǒng)中采用FEC技術(shù),能夠減少系統(tǒng)的誤碼率。其編碼增益提供了一定的系統(tǒng)富余量，從而降低光鏈路中線性及非線性因素對系統(tǒng)性能的影響。對于有光放大器的系統(tǒng)，可以增加光放大器間隔、延長傳輸距離、提高信道速率、減小單通道光功率。FEC的實(shí)現(xiàn)方式有帶外FEC系統(tǒng)和帶內(nèi)FEC系統(tǒng)兩種。帶內(nèi)FEC的增益一般為3dB左右，而帶外的增益遠(yuǎn)高于帶內(nèi)，因此，長距系統(tǒng)均采用帶外FEC編碼。使用帶外FEC時，總體改善情況可達(dá)7~9dB，大大提高了系統(tǒng)的傳輸距離。

(3)碼型技術(shù)提升系統(tǒng)的傳輸性能

由于不同線路調(diào)制碼型的光信號在色散容限、自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)等非線性的容納能力、頻譜利用率等方面各有特點(diǎn),對于超寬頻帶的長距離WDM傳輸系統(tǒng)，非歸零(NRZ)、歸零(RZ)等碼型都有各自的特色。

NRZ碼應(yīng)用簡單、成本低、頻譜效率高，是目前SDH系統(tǒng)和WDM系統(tǒng)中應(yīng)用最廣泛的碼型。由于碼元過渡不歸零，對傳輸損傷敏感，不適用于高速長距離光信號的傳輸。

RZ碼的主要缺點(diǎn)是信號頻譜寬度相對碼較大，增加調(diào)制器使系統(tǒng)變得復(fù)雜、成本高。為了進(jìn)一步提高碼的傳輸性能，近年來還出現(xiàn)了載頻抑制RZ(CS-RZ)和啁啾RZ(CRZ)等碼型。在CS-RZ碼中，相鄰碼元的電場振幅符號相反，從而達(dá)到降低光譜寬度的目的，在功率較高的情況下，不但增加了色散容限，而且有更強(qiáng)的抵抗SPM和四波混頻(FWM)等光纖非線性效應(yīng)的能力。

CRZ碼采用了三級調(diào)制技術(shù)(RZ幅度調(diào)制、相位調(diào)制和數(shù)據(jù)調(diào)制)，其相位調(diào)制器在發(fā)射端對RZ脈沖的上升沿和下降沿上加入一定的啁啾量，抵抗非線性效應(yīng)的能力非常優(yōu)異。此外，CRZ碼還具有良好的抵抗偏振相關(guān)損耗(PDL)和偏振模色散(PMD)的能力，具有更高的傳輸穩(wěn)定性。

(4)色散補(bǔ)償延伸光傳輸?shù)木嚯x

色散是限制光纖傳輸距離的主要因素。色散補(bǔ)償包括色度色散補(bǔ)償和偏振模色散補(bǔ)償。色度色散補(bǔ)償?shù)姆绞桨ㄉ⒀a(bǔ)償器件和色散補(bǔ)償模塊。目前使用最多的是色散補(bǔ)償模塊(DCM)，通常用在EDFA的兩級之間，用以補(bǔ)償?shù)牟鍝p。目前，對于動態(tài)的色度色散補(bǔ)償方式也進(jìn)行了大量的研究，但是真正商用的產(chǎn)品尚不多。

從技術(shù)角度來看，利用長距離光纖傳輸中的與結(jié)合的放大技術(shù)，及采用色散和非線性容限較高的碼型等長距離光纖傳輸技術(shù)，都可以延長光放段的傳輸距離，用于骨干網(wǎng)中部分長跨距中，這是目前比較普遍的長距離光纖傳輸技術(shù)應(yīng)用。

3.光纖傳輸?shù)男阅芎徒?jīng)效益分析

(1)簡化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提供端到端傳送業(yè)務(wù)

在長距離光傳輸網(wǎng)絡(luò)中，每一對收發(fā)設(shè)備連接網(wǎng)絡(luò)中的任意兩點(diǎn),提供端到端的業(yè)務(wù)傳送。在到達(dá)目的地之前，業(yè)務(wù)信號一直處于光層，業(yè)務(wù)傳輸效率更高，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步扁平化，便于實(shí)現(xiàn)向智能光網(wǎng)絡(luò)的順利演進(jìn)。

(2)更強(qiáng)的穩(wěn)定性和運(yùn)維功能

由于減少了有源器件的使用，長距離光傳輸系統(tǒng)可進(jìn)一步降低功耗和空間占用，也有助于增強(qiáng)系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性，減少故障隱患。同時，也可方便地集成多種光層自動調(diào)節(jié)功能和增值服務(wù)功能，如內(nèi)置光譜分析單元、光纖光纜在線監(jiān)測技術(shù)、監(jiān)控信道時鐘等，極大地方便了對傳輸設(shè)備的運(yùn)營、維護(hù)和管理。

(3)靈活的升級擴(kuò)容能力

長途骨干傳輸網(wǎng)的建設(shè)要求傳輸設(shè)備具有較大的初期容量和更大的終期容量，以同時滿足目前業(yè)務(wù)狀況和今后幾年甚至更長時間的業(yè)務(wù)發(fā)展需求。長距離光傳輸技術(shù)能夠以模塊疊加的方式提供業(yè)務(wù)容量的平滑升級擴(kuò)容，能夠很好地解決長途干線對容量及在線擴(kuò)容的問題，最大限度地保護(hù)前期投資。

總之，長距離光纖傳輸可以不用或減少電中繼、光中繼的數(shù)量，延伸光中繼之間的距離，降低系統(tǒng)成本。直接在大型城市之間建設(shè)長距傳輸系統(tǒng)，可以解決對帶寬的迫切需要，同時節(jié)省大量的光中繼和電中繼，降低系統(tǒng)的成本和維護(hù)費(fèi)用，與光分插復(fù)用(OADM)技術(shù)結(jié)合，在骨干網(wǎng)上可以實(shí)現(xiàn)大城市之間的快速直達(dá)車，在中間的大城市站點(diǎn)可以采用OADM來上下業(yè)務(wù)。長距離光傳輸系統(tǒng)的上述特性，決定了其能以更高的經(jīng)濟(jì)性、可靠度和靈活性滿足骨干網(wǎng)的建設(shè)需求，為網(wǎng)絡(luò)投資和運(yùn)營提供更高的回報率。

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