基于色散補償技術的超長距離L波段傳輸方式

摘要：【目的】探討L波段信號經過超遠距離光纜安全穩定傳輸至華數前端機房的技術實現。【方法】文章通過在實驗模型色散補償方式分析的基礎上，結合工程實際進行實地測試驗證。【結果】通過合理的色散管理，可較好地補償長距離傳輸系統帶來的色散問題。【結論】在L波段光信號傳輸途中使用前置色散補償器和EDFA光信號中繼設備的方式可以實現125公里L波段信號傳輸，經此遠距離傳輸的L波段信號，滿足華數前端機房衛星信號的接收需求。

關鍵詞：光纖色散；非線性效應；色散補償；補償量； 傳輸方式" " " " " " 中圖分類號：TN919.8" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2023）03-152-03" " " " "DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2023.03.034

本文著錄格式：包勇，邱承浚，張麗.基于色散補償技術的超長距離L波段傳輸方式[J].中國傳媒科技，2023（03）：152-154.

導語

華數傳媒前端是浙江省數字電視信源中心，由其接收處理的信源提供浙江省各地市作為直播播出信源，信源中心接收處理的節目中衛星接收信源占比高達75%。[1]因此，衛星信源的接收和傳輸安全是浙江省安全播出工作的重中之重。隨著電信運營商在杭州市區5G通訊業務的發展和基站覆蓋密度的增加，華數公司衛星信號接收遭受5G干擾的情況越來越嚴重，已經嚴重影響播出安全。經公司決策，決定異地選址建設無干擾的衛星接收站，并將無干擾、穩定高質量的衛星信號通過L波段長距離光傳輸系統經專線傳輸光纜接入華數前端機房，從而徹底排除5G信號對衛星信號接收及穩定傳輸的隱患。

然而，異地衛星接收站距離華數前端機房總光纜鏈路長度約為125千米。考慮到遠距光纖傳輸中的非線性效應（光纖色散、損耗等）可能會造成光纖通信中出現信號質量下降、信息丟失等問題[2]，如何將L波段信號經過超遠距離光纜安全穩定傳輸至華數前端機房，是本文研究的主要內容。

1.系統模型

針對遠距光傳輸系統中傳輸信號質量下降的問題，實際工程應用中經常啟用色散管理，即采用色散補償光纖進行抑制。根據色散補償模塊部署位置的不同，可以分為如下幾種補償方式：前置補償、中間補償、后置補償和對稱兩段補償等。按照補償量的不同也可以分為：完全補償、一定程度的過補償和一定程度的欠補償等補償方式。[3]

從色散管理的效果來看，在不同的位置用不同量的補償，其補償效果是不同的。光纖傳輸過程中的信號傳輸環境復雜，采取何種形式的色散補償方案需要根據工程實際情況進行考量。不同的色散管理方案會對系統性能帶來不同的影響，需要對各種出現的情況進行深入研究和分析比較尋找最優的色散管理方案。

圖1是色散補償模塊（ Dispersion compensation module）部署在不同位置進行補償的實驗模型。圖中模塊補償量為1360PS，可以補償80千米普通G625光纖造成的色散。圖中A為沒有部署補償傳輸方式，B為前置補償方式，C為中間級補償方式，D為后置補償方式，E為接收端補償方式。[4]為了保證5種測試條件基本相同，將75千米光纖與色散補償模塊合并，統一看作一個單元模塊分別部署在系統的開始端、中間端和末端。

為研究遠距光傳輸系統中光纖色散及其補償模塊的實際補償能力，實驗系統設定為超長傳輸距離以凸顯色散影響，本次模型設定傳輸距為205千米。同時調整每段EDFA輸出光功率，將每段入纖光功率都控制在16dBm以下，以減少自相位調制效應（SPM）引起的指標劣化。[5]從理論計算分析可知，當補償模塊完全補償80千米色散量的時候，將給系統CSO指標帶來6.2dB的改善量。

上述模型測試結果如下：

A：在完全沒有部署色散補償模塊（DCM）時，系統的CSO值為-34dBc（60CH）；

B：首先把傳輸信號作—1360ps的變化，然后注入光纖進行傳輸，是一種過補償方式。系統測試的CSO值為—36.5dBc（60CH），有2.5dB的改善，與理論計算值差3.7dB；

C：信號傳輸80千米后，在80千米處作-1360ps的色散補償。系統的CSO值達—40dBc（60CH），有6dB的改善。與理論計算值接近，補償效果最好；

D：信號傳輸130千米后，作—1360ps的色散補償。系統的CSO值為—39.1dBc（60CH），有5.1dB的改善，與理論計算值差1.1dB；

E：將色散補償模塊（DCM）部署在光接收機末端。系統的CSO值為—33.6dBc（60CH），與完全沒有部署色散補償模塊相比反而劣化0.4dB。補償效果最差。

由模型實驗可知：色散補償模塊部署靈活，適合部署在長距離光纖傳輸系統，通過合理的色散管理，可較好地補償長距離傳輸系統帶來的色散問題。色散補償模塊部署位置可依據工程實際進行考量，根據實地勘測情況確定色散補償方式，不同環境下的補償效果有所差異。[6]完全不安裝色散補償模塊會造成指標劣化嚴重，影響信號傳輸質量；條件允許的情況下，如果在每一段EDFA后面都接一個補償模塊，使得每一段光纜傳輸的色散都基本得到補償，補償效果會更好。

2.技術方案

在異地衛星接收站建設中，衛星信號通過L波段長距離光傳輸系統經專線傳輸光纜接入華數前端機房，實現異地衛星信號遠距安全穩定傳輸。[7]

具體傳輸途徑如下：從異地衛星接收站接收的L波段信號，先傳輸至區縣華數機房，在區縣華數機房進行中繼放大，再通過專線光纜傳輸至華數前端機房。實際光纜路由如圖2。

根據模型計算，可在區縣華數機房部署色散補償模塊和EDFA，即光纜傳輸33千米處進行色散補償和放大。[8]由于區縣華數機房機柜資源緊張，以前置方式進行色散補償，即色散補償器部署在EDFA之前對后續線纜敷設、設備維護較為便利。光傳輸設備部署框架圖詳見圖3。

按照前置色散補償方式實現的超長距離傳輸是否滿足L波段信號使用要求，需要進行關鍵指標測試。測試指標項包括關鍵節點光功率、異地衛星接收站和前端機房衛星接收指標。

使用光功率，測試并記錄各節點光功率，見表1。

在異地衛星接收站和華數前端機房分別部署衛星接收機，對衛星接收指標進行讀取，結果見表2、表3。

由表2、表3測試結果可知：在L波段光信號傳輸途中使用前置色散補償器和EDFA光信號中繼設備的方式可以實現125公里L波段信號傳輸，經此遠距離傳輸的L波段信號，滿足華數前端機房衛星信號的接收需求。

結語

華數異地衛星接收站各極化L波段信號經125公里超長傳輸路由傳輸至華數前端機房，目前已經接入大網投入正式使用。在中國共產黨成立100周年紀念活動、黨的“二十大”等重大主題安全播出保障期提供安全穩定的衛星信源，有力保障了安播重保任務和日常安全播出工作的順利完成。

各地廣電衛星接收站由于建設年代較早，一般位于城區位置。在新的時代背景下，5G通信技術取得一定發展，隨著5G商用部署的持續推進，各城市區域三大電信運營商5G基站覆蓋數量和覆蓋密度不斷增加[9]，對當地廣電衛星接收站的干擾也持續增強，在遠離城區的郊區興建異地衛星接收站成為解決電信運營商5G干擾的終極手段。[10]因此，采用色散補償方式實現超長距離L波段穩定安全光傳輸，在行業內具備一定的推廣價值。

[1]余海楊，葉 濤，邵 龍，等.基于光通信色散管理技術的非線性效應與色散補償性能研究[J]激光雜志，2017（8）：32-35.

[2]曹文華.準線性光纖傳輸系統中幾種色散補償方案的性能比較[J].光學學報，2018（4）：62-69.

[3]包力泰.5G通信技術背景下物聯網應用發展[J].中國傳媒科技，2022（8）：92-94.

[4]毋冰.5G通信技術對新聞傳播帶來的機遇與挑戰[J]. 中國傳媒科技，2022（5）：64-66.

[5]高永剛.5G技術下廣播電視媒介的發展機遇與創新探討[J]. 中國傳媒科技，2022（4）：56-58.

[6]朱永文、喻蘭辰暉.L波段數字航空通信系統研究[J].南京航空航天大學學報，2022（4）：700-714.

[7]劉小磊、熊雪娟、李冰心.基于Optisystem的光纖傳輸系統的色散補償分析[J].光通信研究，2016（5）：5-7，38.

[8]王霏、肖平平.具有混合形狀空氣孔的QAM傳輸光纖設計研究[J].光電子·激光，2020（3）：217-222.

[9]曹雪.以啁啾光柵對波分復用系統色散補償的研究[J].光電子·激光，2021（2）：217-222.

[10]申靜，潘建.色散補償光纖的分波長色散補償[J].光通信技術，2019（2）：27-29.

作者簡介：包勇（1972-），男，浙江杭州，教授級高級工程師，研究方向為數字電視技術；邱承浚（1981-），男，浙江杭州，高級工程師，研究方向為數字電視技術；張麗（1982-），女，山東單縣，高級工程師，研究方向為數字電視技術。

（責任編輯：張曉婧）