CN203352601U

CN203352601U - 高海拔恶劣环境中的光传输系统

Info

Publication number: CN203352601U
Application number: CN 201320433906
Authority: CN
Inventors: 赵元珍; 杨兴; 赵育良; 马永才; 王蔚青; 贾昆; 苟晓侃; 王�华; 王亚微; 李海龙
Original assignee: Information and Telecommunication Branch of State Grid Qinghai Electric Power Co Ltd
Current assignee: State Grid Corp of China SGCC; State Grid Qinghai Electric Power Co Ltd; Information and Telecommunication Branch of State Grid Qinghai Electric Power Co Ltd
Priority date: 2013-07-19
Filing date: 2013-07-19
Publication date: 2013-12-18
Anticipated expiration: 2023-07-19

Abstract

本实用新型公开了一种高海拔恶劣环境中的光传输系统，包括：第一增强型前向纠错编码器与功率放大器连接，并设置在光传输系统的光传输通道的一端；功率放大器通过超低损耗光纤与光纤拉曼放大器连接；光纤拉曼放大器与前置掺铒光纤放大器连接；前置掺铒光纤放大器与色散补偿单元连接；色散补偿单元与第二增强型前向纠错编码器连接，其中，第二增强型前向纠错编码器设置在该光传输通道的另一端。通过本实用新型，解决了高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信中建设中继站所导致的问题，从而降低了成本，提高了高海拔恶劣环境下光通信的质量。

Description

高海拔恶劣环境中的光传输系统

技术领域

本实用新型涉及电力系统通讯领域，具体而言，涉及一种高海拔恶劣环境中的光传输系统。

背景技术

在电力系统中，电力通信系统关系到电力系统运行的稳定性和安全性。随着电力系统布网的不断覆盖，尤其是在地形复杂、气候环境恶劣交通不便的高海拔地区，电力通信系统发挥了越来越重要的作用。

随着光纤通信的发展，现有的电力通信系统也开始采用光纤通信，然而，现有的光纤通信系统对环境的耐受力不强，在高海拔地区恶劣的天气环境下，尤其是由于受到极端恶劣的气候的影响，通信的误码率高，从而使得在超长距离（例如大于345公里）的光纤通信系统中，需要增加中继站进行中转。

发明人在研究过程中发现：上述技术至少存在以下的技术问题：在地形复杂环境恶劣的高海拔地区建设中继站不但建设成本高，而且施工和维护都不方便；中继站通常采用电学器件对光信号进行处理，频繁的光电、电光转换会对信号的可靠性产生影响，且使得系统的传输速度受制于电子设备的极限，制约了光纤通信系统的速率。

针对相关技术中高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信需要建设中继站所导致的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

本实用新型提供了一种高海拔恶劣环境中的光传输系统，以至少解决高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信中建设中继站所导致的问题。

根据本实用新型的一个方面，提供了一种高海拔恶劣环境中的光传输系统，包括：第一增强型前向纠错编码器、第二增强型前向纠错编码器、超低损耗光纤、功率放大器、光纤拉曼放大器、前置掺铒光纤放大器和色散补偿单元，其中：所述第一增强型前向纠错编码器与所述功率放大器连接，并设置在光传输系统的光传输通道的一端，所述第一增强型前向纠错编码器和所述第二增强型前向纠错编码器用于信道编码并对所述光传输通道中传输的编码的纠错；所述功率放大器通过所述超低损耗光纤与所述光纤拉曼放大器连接，用于提高所述光传输通道中光信号的功率；所述光纤拉曼放大器与所述前置掺铒光纤放大器连接，用于提高在所述超低损耗光纤中传输的光信号的功率；所述前置掺铒光纤放大器与所述色散补偿单元连接，用于提高发送给光接收机的光信号的功率；所述色散补偿单元与所述第二增强型前向纠错编码器连接，其中，所述第二增强型前向纠错编码器设置在所述光传输通道的另一端。

优选地，所述光传输系统的两端分别与同步数字系列光端机连接。

优选地，所述光传输系统中传输的光信号的速率为2.5Gbps。

优选地，所述光传输系统中传输的光信号的速率为10Gbps。

优选地，所述光纤拉曼放大器包括：分布式拉曼放大器和/或分离式拉曼放大器。

优选地，所述信道编码包括：带内编码和/或带外编码。

优选地，所述色散补偿单元包括：啁啾光纤光栅。

优选地，所述超低损耗光纤为单模光纤。

优选地，所述光传输系统还包括光衰，用于调节所述光信号的功率。

优选地，在所述前置掺铒光纤放大器的前端配置有转发掺铒光纤放大器，所述转发掺铒光纤放大器用于调整所述光信号的波长。

通过本实用新型，采用第一增强型前向纠错编码器与功率放大器连接，并设置在光传输通道的一端，第一增强型前向纠错编码器和第二增强型前向纠错编码器用于信道编码并对光传输通道中传输的编码的纠错；功率放大器通过超低损耗光纤与光纤拉曼放大器连接，用于提高光传输通道中光信号的功率；光纤拉曼放大器与前置掺铒光纤放大器连接，用于提高在超低损耗光纤中传输的光信号的功率；前置掺铒光纤放大器与色散补偿单元连接，用于提高发送给光接收机的光信号的功率；色散补偿单元与第二增强型前向纠错编码器连接，其中，第二增强型前向纠错编码器设置在光传输通道的另一端的方式，解决了高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信中建设中继站所导致的问题，提出了一种无中继的光通信方案，从而降低了成本，提高了高海拔恶劣环境下光通信的质量。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本实用新型的进一步理解，构成本申请的一部分，本实用新型的示意性实施例及其说明用于解释本实用新型，并不构成对本实用新型的不当限定。在附图中：

图1是根据本实用新型实施例的高海拔恶劣环境中的光传输系统的结构示意图；

图2是根据本实用新型优选实施例的光传输系统的结构示意图；

图3是根据本实用新型优选实施例的光传输系统各测试关键节点的示意图。

具体实施方式

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本实用新型。

本实施例提供了一种高海拔恶劣环境中的光传输系统，图1是根据本实用新型实施例的高海拔恶劣环境中的光传输系统的结构示意图，如图1所示，该通道包括：第一增强型前向纠错编码器102、第二增强型前向纠错编码器104、超低损耗光纤106、功率放大器108、光纤拉曼放大器110、前置掺铒光纤放大器112和色散补偿单元114，其中：第一增强型前向纠错编码器102与功率放大器108连接，并设置在光传输系统的光传输通道的一端，第一增强型前向纠错编码器102和第二增强型前向纠错编码器104用于信道编码并对光传输通道中传输的编码的纠错；功率放大器108通过超低损耗光纤106与光纤拉曼放大器110连接，用于提高光传输通道中光信号的功率；光纤拉曼放大器110与前置掺铒光纤放大器112连接，用于提高在超低损耗光纤106中传输的光信号的功率；前置掺铒光纤放大器112与色散补偿单元114连接，用于提高发送给光接收机的光信号的功率；色散补偿单元114与第二增强型前向纠错编码器104连接，其中，第二增强型前向纠错编码器104设置在光传输通道的另一端。

其中，TX表示发送，RX表示接收。

通过上述的光传输系统，由于使用了光纤拉曼放大器110，其噪声指数低且增益介质可以为普通光纤，光纤拉曼放大器110与功率放大器108结合使用，在保证较低的噪声指数的前提下，提高了光传输系统中的光信号的功率；此外，超低损耗光纤106不但在常用波段上具有超低衰减，还具有良好的温度稳定性能，例如，超低损耗光纤106在-60-+85℃范围内，1550nm波长的附加衰减系数≤0.01dB/km，远低于G.652规定的≤0.05dB/km的标准。因此，采用本实施例中的光传输系统传输光信号，能够获得低噪声、高增益和温度稳定性高的效果，特别适合在极端温度的环境下铺设形成超长距的无中继的光传输，解决了高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信中建设中继站所导致的问题，从而降低了成本，提高了高海拔恶劣环境下光通信的质量。

上述实施例中的光传输系统也可以应用于短距的光通信系统中，并且也可以应用于不同类型的光传输系统中，例如，光传输系统的两端分别与同步数字系列光端机连接。光传输系统中传输的光信号的速率可以为10Gbps或2.5Gbps。

优选地，光纤拉曼放大器包括：分布式拉曼放大器和/或分离式拉曼放大器。其中，分布式拉曼放大器理论上可以放大任意的波长，并且传输光纤本身就是增益介质，信号在光纤中传输的同时得到放大，使得拉曼放大器的等效噪声指数为负，同时输入光纤的光功率大为减少，在高背景噪声功率的情况下（即ASE噪声功率>-20dBm）能准确检测出信号光的功率，检测范围宽为－40～10dBm，从而非线性效应尤其是四波混频效应大为减少，适用于大容量密集波分复用系统。

优选地，信道编码包括：带内编码和/或带外编码。前向纠错编码器的带内编码由发射端在标准帧结构中的专用和空闲码元或开销字节中嵌入符合相应算法的校验码，以便在接收端依据相同算法实现纠错，如典型的带内编码RS（255，239）编码方式，增益为6dB。带外编码则以提高传输速率为代价，在标准速率带外增加开销来装载前向纠错编码的冗余字节形成信道帧，以获得更佳的纠错性能。带外编码通常采用RS级联码，典型编码增益为8dB左右。由于采用了前向纠错编码技术能够在不改变现有系统结构的基础上为系统提供额外的线路预算，因此适用于高速超长距离传输系统。

优选地，色散补偿单元包括：啁啾光纤光栅。色散补偿单元利用啁啾光纤光栅进行色散补偿。啁啾光纤光栅与现有光纤系统兼容性好，具有较低的传输损耗和插入损耗，色散补偿量大，能够实现光纤色散和色散斜率的同时补偿，折射率调制可以根据需要来通过不同的曝光过程加以控制，且价格低廉，易于大批量生产。

优选地，超低损耗光纤为单模光纤。超低损耗光纤是一种低衰减的新型光纤，通过改善光纤制造工艺，降低光纤中的杂质，可以提升光纤的纯度以降低光纤的损耗，延长传输距离。

优选地，该光传输系统还包括光衰，用于调节光信号的功率。

优选地，在前置掺铒光纤放大器的前端配置有转发掺铒光纤放大器，转发掺铒光纤放大器用于调整光信号的波长。前端配置转发掺铒光纤放大器或10G前向纠错编码器等设备可以保证输出波长的可控性。

在传统的光电放大设备中，由于电子设备的响应速度以及带宽限制，频繁的光电、电光转换会使得系统的传输速度受制于电子设备的极限，难以充分利用光通信高速率高宽带的特点。在上述实施例中采用了掺铒光纤放大器和光纤拉曼放大器110相结合的光放大技术。由于是采用光的直接放大技术，因此系统中的光信号的传输速度不会受制于电子设备的极限，提供了快速的光放大方案。

掺铒光纤放大器是通过小信号进入光纤后，因为稀土离子（例如Er3+）从第一激发态跃迁回基态而获得大量的增益，从而实现光信号的放大。在这个过程中伴随着自发回落基态的Er3+离子，进而产生噪声。因此，尤其是主要用于提高光信号功率的功率放大器108，其增益虽然很高（实际使用中可以超过30dB），但是相应地噪声指数也高。

光纤拉曼放大器110是基于受激拉曼散射机制的光放大器，是一种光纤基全波段放大器，因此其应用的场景非常广阔，同时光纤拉曼放大器110还具有诸多的优点，例如：增益介质为普通传输光纤，与光纤系统具有良好的兼容性；增益波长由泵浦光波长决定，不受其他因素的限制，理论上只要泵浦源的波长适当，就可以放大任意波长的信号；增益较高（实际使用中不超过16dB）、串扰小、噪声指数低、频谱范围宽、温度性能好。

相对于掺铒光纤放大器而言，光纤拉曼放大器110的放大增益相对较低，只有不到16dB，但是光纤拉曼放大器110的噪声指数比掺铒光纤放大器低，因此，将光纤拉曼放大器110和掺铒光纤放大器结合使用，相比于只采用掺铒光纤放大器而言，同样的中继距离下，前者信号功率起伏变化较小，既没有在每段光纤输入端超过非线性阈值，也没有在传输中衰减很多，因而有效地提高了系统的光信噪比（OSNR），减少了非线性失真，降低了所需信号输入功率，延长了系统传输距离。

前置掺铒光纤放大器112位于靠近接收端的光电探测器的前端，可以提高从长距离传输光纤过来的光信号强度，使得光电接收机得到较强的光信号，保证探测精度，因此前置掺铒光纤放大器112可以用于将小的光信号放大。由于前置掺铒光纤放大器112工作在小信号线性放大区域，因此对其增益的要求不高，但是噪声系数越低越好。

增强型前向纠错编码器是无中继超长跨距传输系统中有效增加系统余量的一个关键设备。通过在发送端的增强型前向纠错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，形成有纠错能力的码字，接收端的增强型前向纠错编码器将收到的码字序列按规定的规则译码，当检测到接收码组中的监督码元有错误时，增强型前向纠错编码器就对其差错进行定位并纠错，以此获得编码增益，从而增加系统的传输距离。

在有前向纠错编码器的系统中，发送端各种业务信号先经过前向纠错编码器编码，再进入传输系统；在接收端，各种业务信号需经前向纠错编码器解码再在各自线路中传送。通过前向纠错编码器编码后，可以有效地降低误码率。前向纠错编码器对通道进行的编码可以允许系统工作在较高的误码率的情况下，也就是说，即使系统工作在较高的误码率的信道中，也能通过前向纠错编码技术达到一个较低的误码率水平，这无疑就放宽了高速通信系统对各个器件性能的要求，从而降低了系统的造价，同时也提高了系统对色散、非线性效应、Q值和OSNR的容忍度，有利于信号高速率长距离地传输。通过前向纠错编码器可以提高6dB至8dB的编码增益。

为延长无中继传输距离，各种超长距传输方案无一例外的使用了大功率的掺铒光纤放大器、单向/双向拉曼放大器、遥泵放大技术、增强型前向纠错编码技术等。当上述技术提供的线路预算全部耗尽时，要想进一步延长跨段距离变得非常困难。如果能进一步降低光纤的损耗，将会是延长现有传输极限距离非常有效的方法。超低损耗光纤106是一种低衰减的新型光纤，通过改善光纤制造工艺，降低光纤中的杂质，提升光纤的纯度以降低光纤的损耗，延长传输距离。

超低损耗光纤106是一种超低衰减、超低偏振色散、满足G.652标准的单模光纤。超低损耗光纤106与G.652D光纤在1383nm特征波长上，超低损耗光纤106与G.652D光纤的衰减大，在E波段的大部分频点上，超低损耗光纤106的衰减均高于G.652D，然而在1310及O波段（1260-1360nm）、S波段（1460-1530nm）、1550nm及C波段（1530-1565nm）、L波段（1565-1625nm）及U波段（1625-1675nm）的衰减，超低损耗光纤106均明显比G.652D光纤小，尤其在C波段，超低损耗光纤106有着接近光纤理论衰减值的低衰减系数。即除了在通信中几乎没有应用的E波段，超低损耗光纤在当前主要使用的C波段和L波段及拉曼放大常用的S波段等很宽的波长范围内，可以在设备配置不变的前提下，比G.652光纤传输更远的距离或在接收端得到更大的信号强度和更高的光信噪比。

超低损耗光纤106在常用波段具有超低衰减外，同时具有更优的温度特性，在-60-+85℃范围内，1550nm波长的附加衰减系数≤0.01dB/km，远低于G.652规定的≤0.05dB/km的标准。由于电力系统通信光缆为架空敷设，运行环境直接受气象条件影响，行业标准DL/T832-2003中规定-40-+65℃相对于20℃的衰减，温度附加损耗值应≤0.1dB/km。采用超低损耗光纤106可以满足上述要求。

下面结合优选实施例进行描述和说明。

本优选实施例中，提供了一种随输电线路建设的光传输系统，其中该系统采用超低损耗光缆铺设，光缆线路长度为348km，光缆类型符合G.652，全线平均衰耗为0.186dB。

配置说明：

（1）功率预算

线路平均损耗0.186dB/km，光缆衰耗64.4db，在2.5G速率下，光纤拉曼放大器+前置掺铒光纤放大器的灵敏度是-42dBm，配置增强型前向纠错编码器后，编码增益是8dB，所以接收功率可低至-50dBm，功率损耗极限=22-（-42）+8=72dB，余量=72-64.4=7.6dB。

（2）色散预算

支持高入纤功率的增强型前向纠错编码器的色散容限是70km，线路长度为348km，补偿280kmDCM即可。

（3）OSNR预算

2.5Gb/s的系统的OSNR设计要求最低是20dB。由于配置了增强型前向纠错编码器（编码增益8dB），因此，本段线路实际OSNR设计要求最低是12dB。本段线路根据“58”公式OSNR=58+p_out-L-NF-log_N计算可得：OSNR=58+22-64.4-（-1）=16.6dB≧12dB，满足要求。其中，上述公式中拉曼放大器的噪声指数（NF）取值-1dB，L表示跨距中的损耗，P_out表示入纤信号光功率，logN表示系统总的跨段数。

图2是根据本实用新型优选实施例的光传输系统的结构示意图，如图2所示，其中，包括：表示光衰（ATT）116，增强型前向纠错编码器（EFEC）102，增强型前向纠错编码器（EFEC）104，超低损耗光纤（ULL）106，色散补偿单元（DCM）114，光纤拉曼放大器（RAMAN PUMP）110，功率放大器（EDFA-BA）108，前置掺铒光纤放大器（EDFA-PA）112。

该光传输系统的配置如表1所示。

表1光传输系统配置列表（光路1+1配置）

针对此段光传输系统配置，经过实验室搭建光传输环境模拟测试验证，达到预期效果，具体情况如下所述。

在实验室内，组建350km线路模拟测试环境。按照极限72dB损耗挂表模拟测试，其中光传输系统各关键节点如图3所示，光功率情况如表2所示。

表2超长距光传输系统关键点功率

名称	功率情况	备注
			A	21.5dBm
B	-50.3dBm	拉曼泵浦（光纤拉曼放大器）关闭
			B’	-32.3dBm	拉曼泵浦开启
C	-4.0dBm
			D	-15.73dBm
E	-4.77dBm

将系统进行挂表测试48小时，测试结果为零误码。

综合上述分析，在模拟高海拔无中继传输站距350km光传输系统进行测试验证后，该项目采用解决方案，完全可以达到预定的要求，该解决方案是完全可行的。

综上所述，本实用新型的上述实施例、优选实施例和实施方式具有以下优点：

1、海拔高，无中继传输距离长。对于海拔高、地形复杂、环境恶劣、交通不便的地区，对通信系统安全稳定运行和日常维护带来极大挑战，通过采用超长距无中继光传输系统解决这些地区超长距通信问题。

2、具有优越的经济性。在海拔高的恶劣环境中，采用超长距无中继光传输通信方案，与在两站间建设通信中继站的方案相比，可以极大减少通信运维量，提高通信运行的稳定性和安全性，而且具有优越的经济性。

3、超低损耗光缆可以大大延长传输距离。

4、高海拔地区光纤拉曼放大器的使用大大增加传输距离。将光纤拉曼放大器、掺铒光纤放大器、增强型前向纠错编码技术优化配合使用，可以极大增加光纤通信的传输距离。

5、应用推广前景。目前超长距无中继光传输技术在我国电网进行的跨大区和特高压输电配套光传输系统建设中得到了极大的发展，并逐渐推广应用，然而针对高海拔地区跨越348km甚至更长的站距的无中继光传输系统的应用研究尚属不多。本文的研究对高海拔地区超长距无中继的应用推广具有重要的指导意义。

6、经济及社会效益。在上述实施例或优选实施例中，采用超低损耗光缆、掺铒光纤放大器、光纤拉曼放大器、色散补偿单元、前向纠错编码等先进技术提出高海拔地区超长距无中继光传输系统应用解决方案，解决了高海拔恶劣环境下的超长站距光通信问题。通过采用超长距无中继光传输系统，取消了中继站建设，避免了繁琐的中继站选址、土地审批等问题，对高海拔地区超长距无中继的应用推广具有重要的指导意义。

本实用新型的上述实施例通过采用超低损耗光纤、掺铒光纤放大器、光纤拉曼放大器、色散补偿单元、前向纠错编码等技术，解决了高海拔恶劣环境下的超长距离的光通信中建设中继站所导致的问题，从而降低了成本，提高了高海拔恶劣环境下光通信的质量。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例而已，并不用于限制本实用新型，对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims

1.一种高海拔恶劣环境中的光传输系统，其特征在于，包括：第一增强型前向纠错编码器、第二增强型前向纠错编码器、超低损耗光纤、功率放大器、光纤拉曼放大器、前置掺铒光纤放大器和色散补偿单元，其中：

所述第一增强型前向纠错编码器与所述功率放大器连接，并设置在光传输系统的光传输通道的一端，所述第一增强型前向纠错编码器和所述第二增强型前向纠错编码器用于信道编码并对所述光传输通道中传输的编码进行纠错；

所述功率放大器通过所述超低损耗光纤与所述光纤拉曼放大器连接，用于提高所述光传输通道中光信号的功率；

所述光纤拉曼放大器与所述前置掺铒光纤放大器连接，用于提高在所述超低损耗光纤中传输的光信号的功率；

所述前置掺铒光纤放大器与所述色散补偿单元连接，用于提高发送给光接收机的光信号的功率；

所述色散补偿单元与所述第二增强型前向纠错编码器连接，其中，所述第二增强型前向纠错编码器设置在所述光传输通道的另一端。

2.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述光传输通道的两端分别与同步数字系列光端机连接。

3.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述光传输通道中传输的光信号的速率为2.5Gbps。

4.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述光传输通道中传输的光信号的速率为10Gbps。

5.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述光纤拉曼放大器包括：分布式拉曼放大器和/或分离式拉曼放大器。

6.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述信道编码包括：带内编码和/或带外编码。

7.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述色散补偿单元包括啁啾光纤光栅。

8.根据权利要求1所述的光传输系统，其特征在于，所述超低损耗光纤为单模光纤。

9.根据权利要求1至8中任一项所述的光传输系统，其特征在于，所述光传输通道还包括光衰，用于调节所述光信号的功率。

10.根据权利要求1至8中任一项所述的光传输系统，其特征在于，在所述前置掺铒光纤放大器的前端配置有转发掺铒光纤放大器，所述转发掺铒光纤放大器用于调整所述光信号的波长。