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為了提高系統(tǒng)性能，除了考慮由RA－EDFA以及由雙向銳利散射產(chǎn)生的自發(fā)輻射噪聲（sponta－neousemissionnoiseofamplifier，ASE），還要考慮非線性效應(yīng)。當傳輸距離較大而中繼距離較小時，非線性效應(yīng)為主要影響因素；當傳輸距離較小而中繼距離較大時，泵浦功率為主要限制因素［7］。圖2為在不同情況下系統(tǒng)的品質(zhì)因數(shù)（Q）與距離的關(guān)系圖。由圖2可以看出，當系統(tǒng)中繼距離不同時，對比SMF與DFF兩種情況下系統(tǒng)的Q值，發(fā)現(xiàn)RA－EDFA在使用GFF時系統(tǒng)性能更好，為提升中繼距離提供了較好的方法。圖3為EDFA在波長路由網(wǎng)絡(luò)（wavelengthroutingnetwork，WRN）中的瞬態(tài)和穩(wěn)態(tài)的增益特性。由于骨干網(wǎng)中存在動態(tài)重構(gòu)性，輸入光功率變化或鏈路結(jié)構(gòu)發(fā)生變化都會使EDFA的增益特性出現(xiàn)波動。

隨著輸入信號光功率的變化，EDFA的增益瞬時增益化，為研究這種現(xiàn)象，須建立1個模擬系統(tǒng)。該模擬系統(tǒng)使用3個光源（波長分別為1555nm、1556nm和1557nm），在傳輸中使用10個EDFA級聯(lián)，用光開關(guān)和光衰減器來模擬系統(tǒng)損耗；EDFA泵浦設(shè)置為100mW，3個光源功率均為mW。當3個光源同時工作時，光路功率穩(wěn)定。

在第100μs時，中斷1555nm和1557nm兩個光源，會出現(xiàn)光路瞬態(tài)響應(yīng)，放大功率迅速上升。圖4為第五級EDFA的輸出光功率［8］。由圖4可知光路穩(wěn)定后的功率高于穩(wěn)態(tài)時的最高值。為了描述這一現(xiàn)象，定義參數(shù)光功率失常激增速率（opticalpowerrate，OPER）RΔP＝ΔP／trt．（1）式中：ΔP為系統(tǒng)穩(wěn)態(tài)到光路重構(gòu)穩(wěn)定后的功率變化；trt為上升時間。

圖5為功率失常激增速率和瞬時響應(yīng)與級聯(lián)EDFA數(shù)量的關(guān)系圖。由于在鏈路重構(gòu)中參與的放大器不止1個，當增加放大器數(shù)量時，系統(tǒng)的瞬態(tài)性被優(yōu)化。在波長路由網(wǎng)絡(luò)中，不同的光路可能擁有共同的輸入或輸出節(jié)點，在光鏈路重構(gòu)期間輸入的EDFA光功率發(fā)生變化時會影響到已經(jīng)存在的光鏈路。這樣的連鎖效應(yīng)還會影響很多光鏈路，且每一鏈路所受到的影響級別可以由該鏈路與重構(gòu)鏈路的節(jié)點數(shù)來衡量。

從統(tǒng)計角度來說，任一光路的重構(gòu)是等概率的，所以在光路重構(gòu)中任一節(jié)點受到影響的概率也是相等的。當網(wǎng)絡(luò)中多條信道發(fā)生重構(gòu)時，相關(guān)節(jié)圖5OPER對應(yīng)EDFA數(shù)量的關(guān)系點的穩(wěn)態(tài)功率也相應(yīng)變化，當其變化超出接受范圍時將使系統(tǒng)惡化，因此需要對信道進行補償。常用的補償方法為連續(xù)信道補償和最小信道補償。連續(xù)信道補償是用1路光路來專門控制輸入EDFA的功率來穩(wěn)定輸出功率。最小信道補償是在連續(xù)信道補償上的改進，即當光路節(jié)點的功率變化超出了該節(jié)點的動態(tài)范圍時才對該節(jié)點進行補償。

色散補償及管理技術(shù)

隨著光放大技術(shù)的逐漸成熟，特別是傳輸速率的進一步提高，色散效應(yīng)成為限制系統(tǒng)的主要因素。色散主要是由于波長、模式和折射率的相關(guān)性導致不同波長和模式的光傳輸速度不同，通常表現(xiàn)為信號展寬。光纖色散包括模式色散、材料色散和波導色散，其中材料色散和波導色散統(tǒng)稱為色度色散。在多模光纖中由于不同模式光的傳輸時延不同，因而存在模式色散［9］。在單模光纖中因為只有一種模式，所以主要是材料色散和波導色散。在標準單模光纖（singlemodefiber，SMF）中，波長為1310nm處的材料色散與波導色散抵消，該波長處為零色散點。然而在傳輸光信號時并不是當色散為0時最好，因為當色散為0時會引入非線性效應(yīng)，如四波混頻（four－wavemixing，F(xiàn)WM）會惡化系統(tǒng)性能，所以適度的色散是必要的，只要接收端的總色散為0即可。

在傳輸速率較低時，光纖可以看作與數(shù)據(jù)速率無關(guān)的傳輸媒質(zhì)。但隨著通信業(yè)務(wù)的飛速增長，光纖已不能理想化的看作與信息速率無關(guān)的媒質(zhì)，色散效應(yīng)使脈沖展寬并引起誤碼，所以色散補償及管理技術(shù)的重要性日益明顯。常用的色散補償方式有固定色散補償和可調(diào)色散補償。固定色散補償即利用色散補償光纖來補償傳輸中累積的色散。色散補償光纖和單模光纖長度應(yīng)滿足式中：D和Dc分別為常規(guī)單模光纖和色散補償光纖（dispersioncompensatingfiber，DCF）在工作波長的色散系數(shù)；L與Lc分別為常規(guī)單模光纖和DCF的長度；λs為光波波長。

可調(diào)色散補償也是常用的補償方式。隨著單信道比特速率的提高，WDM波長信道數(shù)增加，光網(wǎng)絡(luò)向著動態(tài)可配置智能化方向演進，系統(tǒng)對一些參數(shù)的變化更敏感。另外，網(wǎng)絡(luò)重構(gòu)性的增強和器件環(huán)境的變化都會導致鏈路殘余色散值變化，所以需要在光網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)中進行動態(tài)自適應(yīng)色散補償。通常利用可調(diào)光纖布拉格光柵、虛擬成像陣列（virtu－alimagephasearray，VIPA）、標準聚合環(huán)形諧振器等進行可調(diào)色散補償。在WDM系統(tǒng)中，當僅對1個信道進行補償時，由于不同波長光對光纖的色散不同，會給其他信道帶來不均衡補償，使其他信道產(chǎn)生殘余色散。

為了消除這種情況，必須使補償器件與傳輸光纖色散曲線的頻譜斜率匹配，否則會在其他信道上引起殘余色散。在WDM超長跨距光通信中色散補償是必不可少的，在一些隨環(huán)境變化和動態(tài)可重構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)中，還需要進行可調(diào)色散斜率補償。常用的補償器件有固定色散斜率補償?shù)墓饫w布拉格光柵（fiberbragggrating，F(xiàn)BG）、VIPA和基于FBG的可調(diào)斜率補償?shù)取Ｒ欢ǖ纳⒖梢杂行б种平徊嫦辔徽{(diào)制（cross－phasemodulation，XPM）與四波混頻FWM，而在接收端，色散降低可以減小碼間串擾（inter－symbolinterference，ISI）引起的誤判。群速度色散（groupvelocitydispersion，GDG）和信號功率沿光纖鏈路的變化與傳輸光纖的類型、DCF和光放大器的相對位置有關(guān)。研究GDG以及信號功率在光纖鏈路上分布，從而使系統(tǒng)性能達到最佳的技術(shù)稱之為色散管理。色散管理并不是完全消除色散，因為零色散并不適合系統(tǒng)傳輸，其目的在于通過有效安排色散，利用色散來抑制非線性效應(yīng)，并在接收端消除色散來優(yōu)化系統(tǒng)性能。基于強度調(diào)制直接檢測的系統(tǒng)在使用模塊化的色散管理時可以達到很好的系統(tǒng)性能。所謂模塊化色散管理，是把正色散光纖和負色散光纖封裝在同一模塊中，并在光纖系統(tǒng)中放置多個這樣的模塊。

歸零碼－差分相移鍵控（returntozero－differentialphaseshiftkeying，RZ－DPSK）調(diào)制格式具有優(yōu)越的性能，特別是它能提高基于強度調(diào)制直接檢測的系統(tǒng)性能，正越來越受到關(guān)注。盡管模塊化的色散管理可以提高系統(tǒng)性能，在超長跨距RZ－DPSK光通信系統(tǒng)中利用G．655NZDSF和模塊化的色散管理的性能，相對于不使用模塊化色散管理的系統(tǒng)性能有所降低。研究系統(tǒng)由96個發(fā)射機發(fā)射RZ－DPSK信號，發(fā)射波長從1540．5nm到1559．5nm，信道間隔為0．2nm。傳輸部分由EDFA與DFF組成，DFF由超大面積光纖（servicelevelagreement，SLA）和負色散光纖組成。系統(tǒng)總傳輸距離為6393．6km，認為放大器對不同波長的光信號的放大倍數(shù)是相同的。由于色散補償模塊不能補償系統(tǒng)中所有的累積色散，用3段SLA（長度均為115．2km）來補償信號傳輸中所累積的負色散，分別用前置（pre）補償、后置（post）補償、preandpost補償方式進行補償，色散管理框圖如圖6所示。從圖6可看出preandpost補償相對于其他兩種方式具有很好的色散管理能力。圖7為在96個信道中通過各中繼器時的平均Q值。從圖7中可以看出非模塊化的色散補償方式的性能比preandpost補償方式的還要好，而pre補償和post補償相對于模塊化的色散補償性能并沒有提高多少。這可能是由設(shè)計方案造成的，因為在pre補償和post補償中信號分別在累積的正色散和負色散環(huán)境中進行傳輸，色散的嚴重不平衡降低了系統(tǒng)信號傳輸性能。通過對比3種設(shè)計方案（pre補償、post補償、preandpost補償）的性能，發(fā)現(xiàn)preandpost補償?shù)纳⒐芾硇Ч詈谩６c非模塊化的管理相比，preandpost補償稍有遜色。pre補償和post補償比普通的模塊化補償?shù)男阅芴岣卟欢啵@是因為它們分別具有高累積的正色散和負色散。同時還發(fā)現(xiàn)利用傾斜的preandpost補償也可以提高模塊化的色散管理。隨著技術(shù)的發(fā)展，先進的調(diào)制格式和接收方式也提高了系統(tǒng)抗色散的能力。近年來倍受關(guān)注的電子色散補償（electronicdispersioncompensation，EDC）成為色散補償領(lǐng)域的研究熱點。由于在電域上對信號的處理技術(shù)遠比光域處理成熟，因此可以利用先進的數(shù)字信號處理技術(shù)分擔部分光域上的傳輸壓力。EDC實際上是一種電子均衡技術(shù)，通過大致估計信道的傳輸函數(shù)，對傳輸信號進行預處理以減輕鏈路損傷，在接收端由均衡器恢復信號，實現(xiàn)等效的色散補償。EDC使用較靈活，結(jié)合相應(yīng)的算法可以實現(xiàn)對偏振模色散（polarizationmodedispersion，PMD）的補償，因此極具研究價值。

結(jié)束語

本文介紹了超長跨距傳輸系統(tǒng)的若干關(guān)鍵技術(shù)，由于其具有簡單結(jié)構(gòu)及端到端的特點，在城際網(wǎng)、無人區(qū)建網(wǎng)中被廣泛應(yīng)用，尤其在智能電網(wǎng)通信中發(fā)揮著重要作用。超長跨距系統(tǒng)可有效解決長站距之間的通信需求，降低成本，具有較高的經(jīng)濟效應(yīng)。除了上述提到的關(guān)鍵技術(shù)，如新型光纖技術(shù)、動態(tài)增益均衡技術(shù)、前向糾錯技術(shù)等都會對系統(tǒng)產(chǎn)生影響。因此，在設(shè)計系統(tǒng)時，必須全方位考慮各種因素，協(xié)調(diào)各技術(shù)之間的聯(lián)系，以優(yōu)化系統(tǒng)性能，提高傳輸容量和距離。

作者：邵昱陽書擁拜姝羽羅禹單位：河南鄭州供電公司武漢大學電氣工程學院