OTN超長距離傳輸中的關鍵技術分析

辛鵬

(中國電力科學研究院，北京 102401)

OTN超長距離傳輸中的關鍵技術分析

辛鵬

(中國電力科學研究院，北京 102401)

隨著數字業務的飛速增長，光傳送網技術OTN由于具有大容量、遠距離傳送的優勢，成為下一代傳送網發展的主要方向。在大容量OTN超長距離傳輸中，由于損耗、噪聲、色散、非線性效應等影響，造成信號質量下降、誤碼率增加。光放大器、色散補償、前向糾錯、編碼調制等關鍵技術能夠有效解決這些問題，提高信號的質量、降低誤碼，提高系統可靠性，實現大容量和超長距離傳輸。

OTN；超長距；非線性效應

1 引言

隨著數字業務的飛速增長，業務的豐富性提高了對大容量多業務傳輸系統的更高需求。OTN（OpticalTransportNetwork）作為全新的光傳送網技術，由于其具有高可靠性、低成本、大容量、遠距離傳送的優勢，將成為下一代骨干網發展的主要方向。

在大容量OTN超長距離傳輸中，會遇到損耗、噪聲、色散、非線性效應等對光纖傳輸信號的影響，造成信號質量的下降、誤碼率增加。為了解決這些問題，實現超長距離傳輸，適宜采用以下關鍵技術，主要包括光放大器技術、色散補償技術、前向糾錯技術、編碼調制技術等。

2 光放大器技術

光信號在光纖中的衰耗是光信號在傳輸過程中的能量損失，能量損失主要源于材料對光波的吸收和光波本身在傳輸過程中由于散射（主要是瑞利散射）而引起的能量減少。通過放大器技術，可以提高光信號功率，延長傳輸距離。

光放大器是超長跨距光纖通信系統中相當重要的一部分。光放大器按照其原理來分，可以分為：半導體光放大器，摻稀土元素光纖放大器，非線性光纖放大器[1]。

圖1 光放大器分類

在OTN超長距離傳輸中較為成熟使用的光放大技術主要為摻鉺光纖放大器、拉曼光纖放大器、遙泵放大器、高階拉曼放大技術與二階遙泵技術等。

2.1 摻鉺光纖放大器（EDFA）

摻鉺光纖放大器（EDFA,ErbiumDopedFiberAmplifier）使用稀土鉺元素（Er）作為光纖放大器的增益介質，利用受激輻射對入射的光信號進行放大。在工程應用中一般通過EDFA不同配置方案來解決光器件的插入損耗及傳輸損耗問題。

EDFA增益較高、噪聲比相對較低，非常適用于C波段的WDM通信。由于通信業務的快速增長，C波段的通信容量已經接近飽和，而EDFA無法擴展到其它波段使用，這大大限制了EDFA的進一步發展。

2.2 拉曼光纖放大器（RFA）

拉曼光纖放大器（FRA）是一種利用光纖非線性效應——拉曼散射原理的光纖放大器。它通過將信號附加一束強泵浦光同時注入光纖，使得能量由泵浦光流向信號光，實現對信號光的放大。

FRA與EDFA的最大不同是帶寬可以擴展到C波段之外的其它波段。FRA的響應時間比很快，為fs量級，適合對超短脈沖的信號進行放大。而且RFA噪聲低，可以滿足小信號放大時對光信噪比的要求。

2.3 遙泵放大器（ROPA）

遙泵放大器（ROPA）是一個無源器件，它是將泵浦源與增益介質放置在不同地點的光纖放大器。它將無源器件（如摻鉺光纖和隔離器等）部分內置于光纖中，將有源部分（如泵浦）放置在局端。ROPA本質是一種特殊形式的遠程EDFA。ROPA不需要配套電源、機房等設施，可靠性較高。因此，在超長單跨段LHP（Long Hop）傳輸系統中經常使用ROPA作為功率補償元件。

ROPA可以提高大功率信號的光信噪比（OSNR）參數。ROPA輸入端信號的光功率越小，輸出信號的OSNR越低；輸入端信號的光功率越大，輸出信號的OSNR越高，因此為防止噪聲將信號淹沒，應避免對低功率信號光進行放大。

但是，ROPA配置的泵浦源功率較高，一般可以達到2W～4W。在實際應用中，如果光纖接頭工藝不可靠，存在灰塵，容易導致燒毀光纜纖芯。而且ROPA的高功率也為工程施工和運維人員帶來了較大的人身危險。從安全的角度，如非必需，在工程中盡量避免使用。

2.4 高階拉曼放大技術與二階遙泵技術

高階拉曼效應也稱多次拉曼散射。前面提到的FRA利用的是光纖中的一階拉曼散射。如果光纖中入射光功率足夠大，除一階拉曼散射外，還會激起高階的拉曼散射，同樣也可以利用其對信號進行放大。

以二階拉曼放大技術為例，它首先利用二階泵浦光對一階泵浦進行拉曼放大，然后再通過一階泵浦對信號進行拉曼放大。與一階RFA相比，對一階泵浦光的功率需求即可大幅度降低。二階RFA可以大幅度降低系統造價，有很高的實際應用價值。

二階遙泵放大器是高階拉曼放大與遙泵技術相結合的另一個應用。其原理與高階拉曼類似。

高階拉曼放大器與二階遙泵技術在噪聲系數上比一階拉曼和遙泵技術有非常明顯的改善。

3 色散補償技術

色散補償的基本原理是通過使用負色散的色散補償光纖(DCF)對光纖的正色散進行抵消，同時對光纖中的色散累積進行補償，降低系統的總色散量。

DCF是一種無源器件，是一種色散為負的特殊光纖，安裝靈活方便，不僅可對寬帶色散、一階色散和二階色散進行全補償，還可與1310nm零色散單模光纖兼容。并且通過適當控制DCF的模場直徑、改善熔接技術等手段能夠得到更小的插入損耗。DCF可對多個波長同時進行補償，但是由于DCF的負色散值是固定的，因此只有一個波長能夠被完全補償，其它波長不可避免會出現色散不匹配的現象。

4 前向糾錯技術（FEC）

前向糾錯技術（FEC）是一種利用數字信號處理技術在電域內降低系統中線性及非線性因素影響的技術，它通過在編碼中插入校驗碼來實現信號糾錯。利用FEC技術，可以在接收端光信噪比（OSNR）較低的情況下降低系統誤碼指標，提高OSNR的容限，提升信道速率，延長傳輸距離。

但是由于FEC技術使碼組長度增加，會造成系統的信息傳輸速率有所下降。OTN系統中主要采用帶外糾錯（outof-band FEC）的方式，增加信道帶寬，從而提高系統性能。

G.872、G.709、G.798等系列標準規范了新一代OTN技術光傳送網，一方面改善了線路的傳輸性能，另一方面也保證了不同設備在傳輸網中的互通性[2]。

對于高速率長距離系統，FEC是一種必要的傳送技術。通過級聯的FEC技術還可以獲得更高的編碼增益。

5 編碼調制技術

編碼調制技術是通過綜合考慮不同線路的功率、帶寬、復雜度以及業務質量（QoS）要求等各項因素，通過配置合理的碼型方案達到降低噪聲、色散、非線性影響的技術。編碼調制技術是長距離、大容量光傳輸系統的關鍵技術之一，可以在不增加其他設施的條件下延長光通信系統的最大傳輸距離。

數字光傳輸系統的調制編碼格式主要包括歸零碼（RZ）、非歸零碼（NRZ）、載頻抑制歸零碼（CS-RZ）碼、啁啾歸零碼（CRZ）、雙二進制RZ碼、雙二進制載波抑制RZ碼、色散管理孤子（DMS）、光雙極性碼（ODB）、差分相移鍵控歸零碼（DPSK）等線路碼型，不同的碼型可對應不同的場合抑制光纖傳輸的非線性和偏振模色散等效應。

6 結論

OTN技術將SDH的可運營和可管理能力應用到WDM系統中[3]，同時具備了SDH的安全與調度和WDM大容量遠距離傳送的雙重優勢，能最大程度地滿足多業務、大顆粒、大容量的傳送需求。通過光放大器技術、色散補償技術、前向糾錯技術、編碼調制等技術彌補光纖衰耗、減少系統噪聲、補償色散、抑制非線性效應等損傷的影響，提高信號的質量、降低誤碼，實現大容量、超長距離傳輸。

[1]許偉成，黃俊華，戴鰲前．光放大技術應用于長距離電力通信傳輸網[J]．電力系統通信，2005(5)：14-17．

[2]冶娟．OTN技術在電力通信網中的應用分析[J]．中國新通信，2015(13)：71．

[3]趙文玉．光傳送網（OTN）技術應用分析[J]．通信世界．2008 (9)：16-17．

Analysison the Key Technologies of OTN ULH Transmission

Xin Peng
(China Electric Power Research Institute,Beijing 102401)

With the rapid grow th of digitalbusiness,OTN technology becomesamain developmentdirection of the nextgeneration of transport network because of its large capacity and long-distance transmission.In large capacity of ULH,the signal quality declines and biterror rate increases due to the loss,noise,dispersion and nonlinear effect.The technologies of opticalamplifier,dispersion compensation,FEC and codemodulation can effectively solve the problems,improve the signalquality and system reliability,reduce thebiterror rate,and achieve large capacity and long distance transm ission.

OTN;ULH;nonlineareffect

TN929.1

A

1008-6609(2017)06-0012-03

辛鵬(1972-)，女，江西人，碩士，高工，研究方向為電力系統通信及電力特種光纜，。

國網科技項目：《基于塔內光中繼技術的超長距骨干光通信系統應用研究》，項目編號：XXB17201500152。