增益单元放置位置的优化配置

　　1. 引言

　　 在长江三角洲、 珠江三角洲、 环渤海湾等地都出现相邻间隔不大于350公里的城市群，城市群内部相邻城市之间的通信目前对带宽的需求越来越高，因此这些地区正在成为远程泵浦无中继传输的一个新的应用热点区域;由于在一些沼泽、沙漠、森林等无人区，中继站建设、维护费用高，所以这些地区也是远程泵浦无中继传输潜在的应用领域。在所有应用远程泵浦的系统，都无法回避的一个应用问题是增益单元放置位置的选择问题。

　　本文从泵浦功率、信号入纤功率及光纤损耗系数出发，对远程泵浦系统中增益单元-RGU的放置位置进行了理论分析与实验研究，经过详细的理论分析，针对2.5Gbit/s的SDH系统，得到了某一泵浦功率与信号入纤功率情况下的光信噪比与RGU放置位置的关系，同时也得到了RGU的最佳放置位置与光纤损耗系数的关系。

　　2. 远程泵浦系统中OSNR的理论分析与实验研究

　　在光通信传输系统中，影响误码率的主要是两类因素，一是功率受限系统，一是光信噪比受限系统，由于EDFA在光传输系统中的成熟应用，光功率已不再是限制光通信传输距离的的主要因素，如果功率不够，通过放大器对信号放大，功率将不再受限，但是引入放大器的同时，也会引入噪声，放大器引入的越多，噪声积累也就越严重，OSNR劣化的也就会越严重，还有一种情况就是信号本身经过很大的衰减后再经过EDFA放大，由于此时信号本身的信噪比已经很小，经过放大器放大后，OSNR仍然会比较差，远程泵浦系统就属于此类型。远程泵浦系统原理图如图1所示：

　　

 

　　图1 远程泵浦系统的原理框图

　　图中，Tx为信号发射模块，BA为功率放大器(Booster Amplifier)，传输光纤1为远程增益单元(RGU-Remote Gain Unit)前面的传输光纤，传输光纤2为远程增益单元(RGU)后面的传输光纤，这部分光纤在同纤泵浦的远程泵浦系统中，既要传输信号，也要传输RGU需要的泵浦光，这部分光纤在传输泵浦光的过程中，会产生Raman增益，Raman & RPU模块是提供1480nm光的远程泵浦单元(RPU-Remote Pump Unit)，PA为前置放大器(Pre-Amplifier)， Rx为系统的接收模块。

　　2.1 远程泵浦系统中OSNR理论分析

　　在光传输系统中，OSNR的计算主要是通过58公式实现的[1]，即：

　　

 

　　1)

　　式中，output power是某信道入纤光功率，Loss为跨距损耗， NF为光放大器的噪声指数，N为跨段数目，这个公式主要适用于等跨距损耗的系统，对于非等跨距的系统，我们首先视N=1，然后分布来计算就可以了。对于远程泵浦的2.5Gbit/s的SDH系统，要想获得最佳的OSNR，根据式1)分析，要么信道的入纤功率比较高，要么光纤的损耗比较小，要么放大器的噪声指数比较低，或者跨段数目比较少。对于入纤光功率，由于SBS及自相位调制SPM的影响，入纤功率不能太高，对于有SBS抑制功能的发射模块，SPM受限功率一般要求小于23dBm，同时对于已经铺设好的线路，光纤的衰减也是无法改变的，因此要想改善系统的OSNR，最有可能的是降低放大器的噪声指数。对于远程泵浦系统，实际上可以把其看作两段不等损耗的跨距系统，在两段光纤中间，是作为线路放大器的远程增益单元RGU。

　　分析整个传输系统的OSNR，其实就是分析整个系统的噪声指数，根据噪声指数的定义，NF=OSNRin-OSNRout. 所以最终的

　　

 

　　2)

　　单位 dB

　　对于EDFA级联系统，等效噪声计算公式为

　　

 

　　3)

　　其中所有参量均为线性单位。

　　为了分析方便，本文将整个系统分为两部分，RGU前面的功率放大器及光纤衰减看作一个整体放大器，增益为G1， 噪声指数NF1;RGU及后面的光纤衰减、拉曼光纤放大器与前置放大器看作另一个放大器，增益为G2，噪声指数为NF2。为了理论分析方便，假定功率放大器的增益为GB，噪声指数为NFB;光纤的总的长度为L，总传输损耗为TdB;RGU的增益为G，噪声指数为NF，RGU之前的传输光纤长度为L1，传输损耗为T1dB; RGU之后的传输光纤长度为L2，传输损耗为T2 dB，在1480nm波段的传输损耗为T3 dB，RPU在光纤中产生的Raman增益为GR，等效噪声指数为NFR;PA的增益为G3，噪声指数为NF3.

　　对于无源的衰减器，其噪声指数等于本身衰减值。

　　

 

　　4)

　　

 

　　5)

　　

 

　　6)

　　

 

　　7)

　　所有对于整个传输系统而言，假定整体的噪声指数为NF’，则

　　

 

　　8)

　　假如光纤在1550nm处的损耗系数为，单位dB/km，则

　　

 

　　9)

　　

 

　　10)

　　对于传输光纤而言，光纤的损耗系数与波长的四次方的倒数成正比[2]，所以，光纤在1480nm处的损耗系数将比1550nm处大0.02dB/km，因此远程泵浦光经过L2km的光纤传输后，到达RGU处的泵浦光将为P0-(+0.02)L2，单位dBm。

　　由于RGU的增益与噪声指数与进入RGU的泵浦功率密切相关，而泵浦功率又与光纤损耗及光纤长度密切相关，同时，整体的噪声指数与T1密切相关，因此，RGU与RPU有个最佳的距离，满足此距离将得到最佳的OSNR。