OTN超长距离传输中的关键技术分析

辛鹏

(中国电力科学研究院，北京 102401)

OTN超长距离传输中的关键技术分析

辛鹏

(中国电力科学研究院，北京 102401)

随着数字业务的飞速增长，光传送网技术OTN由于具有大容量、远距离传送的优势，成为下一代传送网发展的主要方向。在大容量OTN超长距离传输中，由于损耗、噪声、色散、非线性效应等影响，造成信号质量下降、误码率增加。光放大器、色散补偿、前向纠错、编码调制等关键技术能够有效解决这些问题，提高信号的质量、降低误码，提高系统可靠性，实现大容量和超长距离传输。

OTN；超长距；非线性效应

1 引言

随着数字业务的飞速增长，业务的丰富性提高了对大容量多业务传输系统的更高需求。OTN（OpticalTransportNetwork）作为全新的光传送网技术，由于其具有高可靠性、低成本、大容量、远距离传送的优势，将成为下一代骨干网发展的主要方向。

在大容量OTN超长距离传输中，会遇到损耗、噪声、色散、非线性效应等对光纤传输信号的影响，造成信号质量的下降、误码率增加。为了解决这些问题，实现超长距离传输，适宜采用以下关键技术，主要包括光放大器技术、色散补偿技术、前向纠错技术、编码调制技术等。

2 光放大器技术

光信号在光纤中的衰耗是光信号在传输过程中的能量损失，能量损失主要源于材料对光波的吸收和光波本身在传输过程中由于散射（主要是瑞利散射）而引起的能量减少。通过放大器技术，可以提高光信号功率，延长传输距离。

光放大器是超长跨距光纤通信系统中相当重要的一部分。光放大器按照其原理来分，可以分为：半导体光放大器，掺稀土元素光纤放大器，非线性光纤放大器[1]。

图1 光放大器分类

在OTN超长距离传输中较为成熟使用的光放大技术主要为掺铒光纤放大器、拉曼光纤放大器、遥泵放大器、高阶拉曼放大技术与二阶遥泵技术等。

2.1 掺铒光纤放大器（EDFA）

掺铒光纤放大器（EDFA,ErbiumDopedFiberAmplifier）使用稀土铒元素（Er）作为光纤放大器的增益介质，利用受激辐射对入射的光信号进行放大。在工程应用中一般通过EDFA不同配置方案来解决光器件的插入损耗及传输损耗问题。

EDFA增益较高、噪声比相对较低，非常适用于C波段的WDM通信。由于通信业务的快速增长，C波段的通信容量已经接近饱和，而EDFA无法扩展到其它波段使用，这大大限制了EDFA的进一步发展。

2.2 拉曼光纤放大器（RFA）

拉曼光纤放大器（FRA）是一种利用光纤非线性效应——拉曼散射原理的光纤放大器。它通过将信号附加一束强泵浦光同时注入光纤，使得能量由泵浦光流向信号光，实现对信号光的放大。

FRA与EDFA的最大不同是带宽可以扩展到C波段之外的其它波段。FRA的响应时间比很快，为fs量级，适合对超短脉冲的信号进行放大。而且RFA噪声低，可以满足小信号放大时对光信噪比的要求。

2.3 遥泵放大器（ROPA）

遥泵放大器（ROPA）是一个无源器件，它是将泵浦源与增益介质放置在不同地点的光纤放大器。它将无源器件（如掺铒光纤和隔离器等）部分内置于光纤中，将有源部分（如泵浦）放置在局端。ROPA本质是一种特殊形式的远程EDFA。ROPA不需要配套电源、机房等设施，可靠性较高。因此，在超长单跨段LHP（Long Hop）传输系统中经常使用ROPA作为功率补偿元件。

ROPA可以提高大功率信号的光信噪比（OSNR）参数。ROPA输入端信号的光功率越小，输出信号的OSNR越低；输入端信号的光功率越大，输出信号的OSNR越高，因此为防止噪声将信号淹没，应避免对低功率信号光进行放大。

但是，ROPA配置的泵浦源功率较高，一般可以达到2W～4W。在实际应用中，如果光纤接头工艺不可靠，存在灰尘，容易导致烧毁光缆纤芯。而且ROPA的高功率也为工程施工和运维人员带来了较大的人身危险。从安全的角度，如非必需，在工程中尽量避免使用。

2.4 高阶拉曼放大技术与二阶遥泵技术

高阶拉曼效应也称多次拉曼散射。前面提到的FRA利用的是光纤中的一阶拉曼散射。如果光纤中入射光功率足够大，除一阶拉曼散射外，还会激起高阶的拉曼散射，同样也可以利用其对信号进行放大。

以二阶拉曼放大技术为例，它首先利用二阶泵浦光对一阶泵浦进行拉曼放大，然后再通过一阶泵浦对信号进行拉曼放大。与一阶RFA相比，对一阶泵浦光的功率需求即可大幅度降低。二阶RFA可以大幅度降低系统造价，有很高的实际应用价值。

二阶遥泵放大器是高阶拉曼放大与遥泵技术相结合的另一个应用。其原理与高阶拉曼类似。

高阶拉曼放大器与二阶遥泵技术在噪声系数上比一阶拉曼和遥泵技术有非常明显的改善。

3 色散补偿技术

色散补偿的基本原理是通过使用负色散的色散补偿光纤(DCF)对光纤的正色散进行抵消，同时对光纤中的色散累积进行补偿，降低系统的总色散量。

DCF是一种无源器件，是一种色散为负的特殊光纤，安装灵活方便，不仅可对宽带色散、一阶色散和二阶色散进行全补偿，还可与1310nm零色散单模光纤兼容。并且通过适当控制DCF的模场直径、改善熔接技术等手段能够得到更小的插入损耗。DCF可对多个波长同时进行补偿，但是由于DCF的负色散值是固定的，因此只有一个波长能够被完全补偿，其它波长不可避免会出现色散不匹配的现象。

4 前向纠错技术（FEC）

前向纠错技术（FEC）是一种利用数字信号处理技术在电域内降低系统中线性及非线性因素影响的技术，它通过在编码中插入校验码来实现信号纠错。利用FEC技术，可以在接收端光信噪比（OSNR）较低的情况下降低系统误码指标，提高OSNR的容限，提升信道速率，延长传输距离。

但是由于FEC技术使码组长度增加，会造成系统的信息传输速率有所下降。OTN系统中主要采用带外纠错（outof-band FEC）的方式，增加信道带宽，从而提高系统性能。

G.872、G.709、G.798等系列标准规范了新一代OTN技术光传送网，一方面改善了线路的传输性能，另一方面也保证了不同设备在传输网中的互通性[2]。

对于高速率长距离系统，FEC是一种必要的传送技术。通过级联的FEC技术还可以获得更高的编码增益。

5 编码调制技术

编码调制技术是通过综合考虑不同线路的功率、带宽、复杂度以及业务质量（QoS）要求等各项因素，通过配置合理的码型方案达到降低噪声、色散、非线性影响的技术。编码调制技术是长距离、大容量光传输系统的关键技术之一，可以在不增加其他设施的条件下延长光通信系统的最大传输距离。

数字光传输系统的调制编码格式主要包括归零码（RZ）、非归零码（NRZ）、载频抑制归零码（CS-RZ）码、啁啾归零码（CRZ）、双二进制RZ码、双二进制载波抑制RZ码、色散管理孤子（DMS）、光双极性码（ODB）、差分相移键控归零码（DPSK）等线路码型，不同的码型可对应不同的场合抑制光纤传输的非线性和偏振模色散等效应。

6 结论

OTN技术将SDH的可运营和可管理能力应用到WDM系统中[3]，同时具备了SDH的安全与调度和WDM大容量远距离传送的双重优势，能最大程度地满足多业务、大颗粒、大容量的传送需求。通过光放大器技术、色散补偿技术、前向纠错技术、编码调制等技术弥补光纤衰耗、减少系统噪声、补偿色散、抑制非线性效应等损伤的影响，提高信号的质量、降低误码，实现大容量、超长距离传输。

[1]许伟成，黄俊华，戴鳌前．光放大技术应用于长距离电力通信传输网[J]．电力系统通信，2005(5)：14-17．

[2]冶娟．OTN技术在电力通信网中的应用分析[J]．中国新通信，2015(13)：71．

[3]赵文玉．光传送网（OTN）技术应用分析[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

辛鹏(1972-)，女，江西人，硕士，高工，研究方向为电力系统通信及电力特种光缆，。

国网科技项目：《基于塔内光中继技术的超长距骨干光通信系统应用研究》，项目编号：XXB17201500152。