基于1 310/1 550 nm波长转换器的超长距离光通信系统设计

林礼华，张正江，姚发兴

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司天生桥局，贵州 兴义 562400）

0 引 言

电力系统发展迅猛，电网对光纤通信系统的要求日益增强。如何提高电网通信质量和服务水平，做好电力光纤通信设备日常维护，是提升电力系统业务稳定性与可靠性，保障电网安全、优质、经济运行的关键。在光传输设备的组网应用中，传统点对点无保护系统已无法满足电力通信业务的可靠性要求。充分利用现有资源技术，将原来的传输网配置得更加稳定，至关重要。

在南方电网超高压输电公司天生桥局的光传输网改造中，采用优化组网方式建立环网保护。一条路径发生故障时，另一条路径继续传送业务，可以有效避免业务中断。但是，由于备用路径光纤传输距离较长，光传输系统因纤芯衰耗、色散等问题无法正常通信，必须采用超长距离传输设备改善系统性能。另外，在光纤单模传输系统中，借助波长转换器可以高效、可靠、简便地将1 310 nm波长转换为适合长距离传输的1 550 nm波长[1]，实现波长的重新利用，提高了光通信系统波长重用率和网络配置的灵活性。

1 光波长选择

图1为光纤传输窗口衰减示意图。可以看出，光波长衰减特性曲线中，有850 nm、1 310 nm、1 550 nm三个低损耗窗口。其中，850 nm用于多模短距离传输，1 310 nm和1 550 nm可用于单模传输。

图1 光纤传输窗口衰减示意图

在光纤单模传输系统中，1 310 nm和1 550 nm均为模块的中心波长，1 310 nm和1 550 nm波长多用于中长距离传输。其中，1 310 nm光传输窗口称为0色散窗口，光信号在此窗口传输过程中色散最小，但损耗较大，通常应用于40 km以内的传输；1 550 nm窗口称为最小损耗窗口，光信号在此窗口传输过程中衰减最小，但色散较大，通常应用于40 km以上的传输，无中继可以直接传输120 km。由于二者的色散和损耗不同，在光纤传输系统实际应用过程中，1 310 nm光模块一般按0.35 dB/km计算链路损耗，1 550 nm光模块则按0.20 dB/km计算链路损耗。

2 波长转换器

波长转换器也叫波长转换模块，可以将某一波长的输入光信号转换为另一波长的输出光信号，具有单多模光纤转换、波长转换、光中继的功能，是光网络的重要器件之一。图2为波长转换器示意图，即λ1波长的光信号经波长转换器后输出指定波长为λ2的光信号，有效解决了波长限制问题。

图2 波长转换器

根据波长变换过程中信号是否经过光/电域的转换，波长转换器分为光—电—光波长转换器和全光波长转换器。光—电—光波长转换器是将光信号经过光/电转化为电信号，电信号再调制成所需波长的光源，实现波长转换功能。光—电—光波长转换器的技术相对成熟，其工作稳定，可以实现定时、再生、整形功能，能够有效改善网络传输性能。但是，由于引入了光/电变换和时钟提取，对速率和信号格式不透明，存在电子瓶颈问题。而全光波长转换器不经过电域处理，直接把信号从一个波长转换到另一个波长，在光域中直接实现波长转换，克服了光—电—光波长转换器中电子器件的速度、透明性低的问题[2]。

3 超长距离传输

超长距离传输是指无中继距离传输超过100 km。一般的传输系统由于衰耗、色散等问题，无法达到相关要求。超长距离通信在设计时，必须考虑以下几个问题[3]。

3.1 色散问题

脉冲在光纤中传输时，宽度会被逐渐展宽。当展宽超过一定的容限后，就会导致接收端误判产生误码，影响系统性能。色散容限的劣化程度通常与速率的平方成反比。当色散超过色散容限后，必须进行色散补偿。

3.2 线路衰耗

光信号在光纤中传输时，功率会随着传输距离的增加而下降，即发生衰耗。当光功率下降到一定程度时，传输系统将无法正常工作。线路的衰耗主要包括线路本身的损耗、活接头的损耗、系统的通道代价以及光缆损耗的富裕度，需要通过配置不同型号的放大器进行功率补偿。放大器根据其所在位置不同，通常分为BA（Booster-Amplifier，功率放大器）、LA（Line-Amplifier，线路放大器）和PA（Pre-Amplifier，前置放大器）。

3.3 光信噪比

对于长距离通信系统，OSNR（Optical Signal Noise Ratio，光信噪比）也是一个十分重要的参数，其大小决定了信号质量的优劣。为了保证光通信系统的OSNR，除配置掺饵光纤放大器进行功率提升外，对于跨距较大的场合，还需要配置相应的前向纠错或拉曼光纤放大器。

3.4 非线性效应

非线性问题主要是解决发射端入纤功率的限制问题。通过调整信号光脉宽，进一步提高入纤功率阈值。目前，它的相关技术已集成到前向纠错中。在长距离通信中，非线性问题也是必须考虑的。

4 波长转换器在超长距离光通信系统中的应用

天生桥局兴义办公楼—马窝换流站的光缆通信线路，以下简称“兴换光缆”，长约50 km，为常规架空普通光缆，承担着天生桥局、天生桥水力发电总厂与生产现场的通信联络、数据传输，在安全生产、行政办公和工作联系中发挥着极为重要的作用。

“兴换光缆”是单一路由运行，未形成环网保护。若光缆线路上出现故障，将中断天生桥局、天生桥水力发电总厂与生产现场的通信联络。为此，从兴义办公楼新建一条光路至兴仁换流站，形成兴义办公楼—兴仁换流站—马窝换流站—兴义办公楼的光环网，搭建兴义办公楼至马窝换流站的通信通道环网通信系统，为其安全生产提供可靠的通信保障。

4.1 光传输网改造前

光传输网改造前，为马窝换流站—兴义办公楼配置4块L-4.1 622 M 1+1光卡，其中马窝换流站、兴义办公楼各2块；为天生桥局生活区—兴义办公楼配置4块S-4.1 622 M 1+1光卡，天生桥局生活区、兴义办公楼各2块.改造前光传输网示意图，如图3所示。

图3 传输网示意图

表1为厂家提供的板卡参数。可以看出，L-4.1光卡可容许的传输衰耗A=25～28.5 dB，S-4.1光卡可容许的传输衰耗A=15.8～19.8 dB。

表1 光卡参数

4.2 环网中遇到的问题

（1）从兴义办公楼新建一条光缆至220 kV兴义变，并利用220 kV兴义变—220 kV长征变—盘南电厂—兴仁换流站空余纤芯进行跳接，形成兴义办公楼—220 kV兴义变—220 kV长征变—盘南电厂—兴仁换流站的光缆路由。全长170 km，中间无中继，普通光卡无法进行如此长距离的传输。

（2）为降低光传输设备组网成本，使用现有1 310 nm光卡实现超长距离传输。具体地，在兴义办公楼—兴仁换流站—马窝换流站—兴义办公楼光传输网组网中增加光放大器，将1 310 nm波长转换为1 550 nm波长。

4.3 解决办法

兴义办公楼—220 kV兴义变—220 kV长征变—盘南电厂—兴仁换流站的光路配置为：在设备上配置1 310 nm波长的光卡，同时增加1 310/1 550 nm波长转换器及相应光放大器，实现光路的正常传输。改造后，兴义办公楼至兴仁换流站的光路结构如图4所示。

图4 改造后兴义办公楼-兴仁换流站超长距离光路结构

4.4 传输网改造后

图5为改造后的传输网结构图。

其中：

（1）每站配置622M中长距光卡2块，现有4块，无光放传输距离60 km。为构成光环网通信，需再配2块中长距光卡。兴仁—马窝方向、兴仁—兴义方向传输距离超过100 km，需配置10 dBm以上光放，每个方向2块，共需4块。

（2）155M电卡，兴义办公楼配置2块，兴仁换流站配置1块，马窝换流站配置1块，分别用于兴义—兴仁、兴义—马窝综合数据网。现有2块，需再配置2块155M电卡。

图5 改造后传输网结构

（3）环网建成后，兴义—马窝行政电话、兴义—兴仁行政电话、兴义—兴仁烽火PCM、兴义—公司视频会议，2M通道由单链路接入改为1+1通道保护接入。

5 结 论

本文对天生桥局兴义办公楼—兴仁换流站—马窝换流站—天生桥局兴义办公楼光传输环网进行改造，利用1 310/1 550 nm波长转换器配合光放大器等设备，搭建天生桥局兴义办公楼—兴仁换流站超长距离传输光路，建设成本低，设备运行稳定。

天生桥局兴义办公楼—兴仁换流站超长距离传输光路建立后，形成天生桥局兴义办公楼—兴仁换流站—马窝换流站—天生桥局兴义办公楼光传输环网保护，能够有效避免单条光路故障造成的业务中断，为天生桥局视频会议系统、OA办公网络、生产物资系统、语音电话系统的业务安全稳定运行提供了更加可靠的保障。

参考文献：

[1] 安亚青，李文田.全光波长转换技术的原理及应用[J].光电子技术与信息，2004，17（6）：49-53.

[2] 赵同刚，任建华，赵荣华，等.自动交换光网络中全光波长转换器的应用和实现[J].半导体光电，2002，23（5）：324-327.

[3] 单 蓉.电力通信网无中继超长距传输方案研究[J].微计算机信息，2010，26（3）：139-140.