專利名稱：一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法
技術領域：
本發明屬于光通信領域，尤其涉及一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法。
背景技術：
超長單跨距光傳輸系統有別于傳統的通信系統，其單跨距的光纜長度一般要求幾百公里，線路中間不能有任何的中繼設備。超長跨距全光傳輸系統為網絡安全、穩定、經濟運行提供有力保障。由于減少了光/電轉換次數，并且可以利用光纖豐富的帶寬資源，超長距離傳輸技術大大降低了長距離傳輸的成本，同時系統的可靠性和傳輸質量都得到了保證。在采用前向糾錯技術、調制碼型、增大發送功率、功率放大器、前置放大器、拉曼放大等常規技術后仍不能解決長跨距問題時，選擇遙泵技術能進一步擴大單跨距距離。遙泵技術是在光纜中插入摻餌光纖等增益介質以提供光放大，同時在該點不需供電設施，也不需人員維護，適合用于穿越沙漠、高原、湖泊、海峽等維護、供電不便的地區，因為沒有中繼站，減少了日常維護成本。目前遙泵(ROPA,Remote Optically Pumped Amplifier)技術已在長跨距無中繼光傳輸系統中廣泛使用，作為泵浦光波長的1450nm 1490nm波長范圍內輸出功率達數瓦的激光器已商用，這也使得ROPA系統更具吸引力。另一方面，當線路的跨距將拉曼(RA)放大的指標都耗盡的時候，采用ROPA可使跨損再提高IOdB左右，可允許跨距上有更大程度的擴展。在系統中將ROPA與RA結合起來使用，可最大限度地延長傳輸距離，提高系統功率預算。目前,在遙泵系統的實際工程設計中，遠程增益單元(RGU, Remote Gain Unit)和遠程泵浦單元(RPU, Remote Pump Unit)是單獨設計的，RGU的設計原則是線路光信號增益盡量大，噪聲指數盡量小，目前遙泵系統中輸入光信號波長以及RGU和RI3U之間的距離都是根據經驗值選取，沒有經過具體的計算設計，使得現有的遙泵系統的輸出光信噪比達不到最大值，系統的可靠性和穩定性不能達到最佳效果。
發明內容
鑒于上述問題，本發明的目的在于提供一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法，旨在解決現有遙泵系統由于不設計計算輸入光信號波長以及RGU和RTO之間的距離，使得系統無法輸出最大的光信噪比。本方案中，所述遙泵系統包括順次連接的光發射機、功率放大器、第一傳輸光纖、遠程增益單元、第二傳輸光纖、遠程泵浦單元、前置光放大器和光接收機，其中，所述遠程增益單元包括兩段連接的摻鉺光纖，所述提高遙泵系統輸出光信噪比的方法包括下述步驟:在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數；根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。
本發明的有益效果是:在遙泵系統中輸入光信號波長以及RGU和RPU之間的距離都會影響到遙泵系統的輸出光信噪比，在本發明技術方案中，通過改變輸入光信號波長和/或同時改變RGU和RPU之間的距離(即第二傳輸光纖的長度)，可以使得系統總體噪聲指數有一個最小值，具體的，在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，精確計算出遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比為最大值時，獲取此時狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度，這個輸入光信號波長就是最佳輸入光信號波長，這個第二傳輸光纖長度就是RGU和RPU之間的最佳距離，因此在設計遙泵系統時，通過選取最佳輸入光信號波長和/或RGU和RI3U之間的最佳距離，可以使得遙泵系統輸出最大的光信噪t匕，從而有效降低誤碼率，提升系統的可靠性和穩定性，延長中繼傳輸距離，提高系統功率預算。
圖1是遙泵系統的結構圖；圖2是本發明第一實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法的流程圖；圖3是RGU增益和噪聲指數測試第一原理圖；圖4是RGU增益和噪聲指數測試第二原理圖；圖5是輸入光信號波長與RGU增益曲線圖；圖6是輸入光信號波長與RGU噪聲指數曲線圖；圖7是RGU反向輸入的泵浦光功率與RGU增益曲線圖；圖8是RGU反向輸入的泵浦光功率與RGU噪聲指數曲線圖；圖9是遙泵系統輸入信號光波長與輸出光信噪比的曲線圖；圖10是R⑶和GPU不同間距與輸出光信噪比的曲線圖；圖11是本發明第二實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法的流程；圖12是配置RGU的光路結構圖。
具體實施例方式為了使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用于限定本發明。為了說明本發明所述的技術方案，下面通過具體實施例來進行說明。圖1示出了遙泵系統的結構，包括順次連接的光發射機1、功率放大器2、第一傳輸光纖3、遠程增益單元4、第二傳輸光纖5、遠程泵浦單元6、前置光放大器7和光接收機8，其中遠程增益單元4內包括兩段連接的摻鉺光纖。所述光發射機I發出光信號后，功率放大器2對所述光信號進行功率放大，增加入纖光功率，輸入光信號經過第一傳輸光纖3傳輸，由于第一傳輸光纖3距離較長，在傳輸過程中有信號衰減，因此遠程增益單元4對衰減后的輸入光信號進行進一步放大，放大后再經過第二傳輸光纖5傳輸，圖中遠程泵浦單元6提供一功率較大的反向傳輸的泵浦光，所述遠程泵浦單元6具有輸入信號光探測單元、泵浦光和反射光功率探測單元以保證系統安全性，遠程泵浦單元6的輸出端與前置光放大器7相連接，前置光放大器7用于提高信號光接收靈敏度。前置光放大器7的輸出端與接收機8的輸入端口連接。本實例中所述遠程泵浦單元6提供一較大功率的遠端泵浦光，功率不小于30dBm,泵浦光波長選擇范圍為1460nm 1490nm,實現拉曼放大的同時還能為遠程增益單元4提供泵浦光，使得進一步提高無中繼傳輸距離。在遙泵系統中，輸入光信號波長以及遠程增益單元4和遠程泵浦單元6之間的距離(即第二光纖長度)影響著系統輸出光信噪比，對于這兩個重要的參數，現有遙泵系統通常選取經驗值，沒有經過精確的計算和設計，這樣使得系統的整體效果達不到最優，無法進一步降低誤碼率。本發明實施例提供了一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法，獲取最佳輸入光信號波長和/或最佳間距(遠程增益單元4和遠程泵浦單元6之間的距離)，使得遙泵系統處于最佳工作狀態，提高系統系能。實施例一:圖2示出了本發明第一實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法的流程，為了便于說明僅示出了與本發明實施例相關的部分。本實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法包括下述步驟:步驟S201、在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數。本步驟主要實現的是在不斷調整輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的情況下，測出每個狀態下功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數，假設功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器的增益分別為gb、g、gk、gp，功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元、前置放大器產生的噪聲指數分別為NFba、NFegu, NFea, NFpa,所述各個器件的增益和噪聲指數通過光譜分析儀獲得，具體的，將光譜分析儀分別接入到器件的輸入端和輸出端，分別得到輸入前和輸入后的光信號強度和噪聲強度，這樣就可以分析出該器件的增益和噪聲指數，比如對于遠程增益單元，如圖3所示，首先斷開第一傳輸光纖3和遠程增益單元4，并在第一傳輸光纖3的輸出端接上光譜分析儀，獲得輸入前的光信號強度和噪聲強度，然后如圖4所示，連接好第一傳輸光纖3和遠程增益單元4后，在遠程增益單元4和第二傳輸光纖5之間接入波分復用器，遠程泵浦單元輸出的反向泵浦光進入遠程增益單元4，波分復用器的透射端連接上光譜分析儀，這樣就可以獲取經遠程增益單元4放大后的光信號強度以及噪聲強度，通過比對放大前和放大后的光信號強度以及噪聲強度，就可以測得遠程增益單元4的增益和噪聲指數，圖5和圖6分別示出了在第二傳輸光纖長度不變時，不斷改變輸入光信號的波長，所測得的RGU增益和噪聲指數曲線圖，圖7和圖8示出了在輸入光波長固定不變時，不斷改變第二傳輸光纖的距離時，所測得的RGU增益和噪聲指數曲線圖，為了方便作圖，圖7和圖8中以遠程增益單元反向輸入的泵浦光功率為橫軸，RGU增益和噪聲指數為縱軸制圖，需要指出的是，遠程泵浦單元是為遠程增益單元提供反向泵浦光的，在改變第二傳輸光纖的長度后，反向輸入到遠程增益單元的泵浦光功率也會不斷改變，其他器件的增益和噪聲指數測量方法相同。在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度時，具體的，可以首先將第二傳輸光纖長度固定，在一定波長范圍內(比如1530nm 1570nm)逐步調整輸入光信號波長，測量各個器件的增益和噪聲指數，然后在將輸入光信號波長固定在一個波長值，在一定范圍內逐步調整第二傳輸光纖長度，再測量各個器件的增益和噪聲指數。步驟S202、根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。根據ITU-T Rec G.692和系統等效噪聲指數定義可得出系統輸出端輸出光噪聲比OSNR表達式，OSNRtjut (dB) = Pin(dBm)+58-101g(Fsys_l/G總)其中Pin為光發射機的輸出功率，遙泵系統的總增益G,e、= GbGGkGpAT1T2),遙泵系統的總體噪聲指數Fsys = Pase, /(h v B0G總)+l/G,6，遙泵系統輸出端產生的積累ASE噪聲Pase,6表示每個放大器產生的ASE噪聲經過后續的放大器放大及光纖衰減后的值的累加，其表達式為:Pase 總—Pase-BaGGrGp/ (T1T2) +Pase-rguGrGp/T2+Pase_raGp+Pase_pa其中，PASE_BA、Pase.、Pase-ea> Pase-pa分別是功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元、前置放大器產生的ASE噪聲功率，Gb、G、Gk、Gp分別是功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元、前置放大器的增益，ASE噪聲功率可以由噪聲指數和增益經過數值變換得到，T1和T2分別為遠程增益單元中兩段摻鉺光纖的傳輸損耗，具體的傳輸損耗關系圖如圖7所示，在確定傳輸光纖的長度和輸入光波長后，就可以得知T1和τ2。因此在每次獲得到一組NFBA、NFK(；U、NF_KA、NFPA、GB、G、GK、GP后，就可以得到一個光噪聲比OSNR值，當第二傳輸光纖長度不變(通常先去經驗長度值，比如100km)，逐步調整輸入光信號波長時，當光信噪比為最大值時，此時的輸入光信號波長為最佳輸入光信號波長，具體參照如圖9所示的遙泵系統輸入信號光波長與輸出光信噪比的曲線圖，從圖中可看出最佳輸入光波長為1560nm左右,然后固定最佳輸入光信號波長,再調整第二傳 輸光纖長度，當光信噪比為最大值時，此時的第二傳輸光纖的長度為最佳間距，具體參照如圖10所示的R⑶和GPU不同間距與輸出光信噪比的曲線圖，從圖中可看出最佳間距為105km左右。同樣，也可以先固定輸入光信號波長(通常選取經驗波長值，比如1550nm)通過計算得到最佳間距，再調整輸入光信號波長得到最佳輸入光波長。或者也可以只得到最佳輸入光波長或最佳間距。綜上，需要特別說明的是，本實施例包括三種具體調整方法，包括:1、固定第二傳輸光纖長度不變，逐步調整輸入光信號波長，當所述輸出光信噪比最大值時，此時的輸入光信號波長為最佳輸入光波長。2、固定輸入光信號波長為一波長值，逐步調整遠程增益單元和遠程泵浦單元之間的距離，當所述輸出光信噪比最大值時，此時的第二傳輸光纖的長度為最佳間距。3、在得到最佳輸入光信號波長后，再逐步調整遠程增益單元和遠程泵浦單元之間的距離，進一步得到最佳間距；或者在得到最佳間距后，再逐步調整輸入光信號波長，進一步得到最佳輸入光波長，這樣就可以同時得到最佳輸入光波長和最佳間距，使得遙泵系統處于最佳工作狀態，降低系統誤碼率。實施例二:圖11示出了本發明第二實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法的流程，為了便于說明僅示出了與本發明實施例相關的部分。本實施例提供的提高遙泵系統輸出光信噪比的方法包括下述步驟:步驟S111、在不同的輸入光信號波長、信號功率以及不同的泵浦光波長和泵浦光功率的情況下，獲取遠程增益單元中兩段摻鉺光纖的最佳長度比值以及最佳長度總和，使得遠程增益單元對遙泵系統的總體噪聲指數影響最小；步驟S112、在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數；步驟S113、根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。本實施例在實施例一的基礎上增加了步驟S111，該步驟主要是配置遠程增益單元的光路結構，使得遠程增益單元具有最佳光路結構，進一步降低遠程增益單元對遙泵系統的噪聲影響。如圖12所示的配置遠程增益單元的光路結構，包括兩段連接的摻鉺光纖42、43，所述兩段摻鉺光纖的長度比值和長度總和會影響到遠程增益單元的性能，所述步驟Slll就是通過大量的反復實驗得到摻鉺光纖的最佳長度比值和最佳長度總和，具體實現時，可以在不同的輸入光信號波長、信號功率以及不同的泵浦光波長和泵浦光功率的情況下，通過光譜分析儀來獲得配置遠程增益單元的增益和噪聲指數，得到在不同條件下摻鉺光纖的最佳長度比值和最佳長度總和，然后在設計不同的遙泵系統時，選擇出最優的最佳長度比值和最佳長度總和，得到最佳光路結構的遠程增益單元。本實施例中，所述摻鉺光纖優選為具有較小模場直徑和較大數值孔徑的低濃度摻鉺光纖，其濃度為2.5-4.5dB/m,吸收峰值對應波長為1530nm。除了摻鉺光纖外，本實施提供的遠程增益單元還包括設在所述摻鉺光纖兩端的光隔離波分復用合成器件41、45，以減少多個器件帶來的連接損耗和插入損耗，所述光隔離波分復用合成器件包括光隔離器和1480/1550波分復用器集成器件，優選的，所述遠程增益單元還包括設在所述摻鉺光纖43和光隔離波分復用合成器件45之間的泵浦光反射鏡44，充分利用遠程增益單元的泵浦光。以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，并不用以限制本發明，凡在本發明的精神和原則之內所作的任何修改、等同替換和改進等，均應包含在本發明的保護范圍之內。
權利要求
1.一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法，所述遙泵系統包括順次連接的光發射機(I)、功率放大器(2)、第一傳輸光纖(3)、遠程增益單兀(4)、第二傳輸光纖(5)、遠程泵浦單元(6)、前置光放大器(7)和光接收機(8)，其中，所述遠程增益單元(4)包括兩段連接的摻鉺光纖(42、43)，其特征在于，所述方法包括: 在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數； 根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。
2.如權利要求1所述方法，其特征在于，所述在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數步驟之前還包括: 在不同的輸入光信號波長、信號功率以及不同的泵浦光波長和泵浦光功率的情況下，獲取遠程增益單元中兩段摻鉺光纖的最佳長度比值以及最佳長度總和，使得遠程增益單元對遙泵系統的總體噪聲指數影響最小。
3.如權利要求1或2所述方法，其特征在于，所述根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所 述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度步驟具體包括: 在不同的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的情況下，獲取遙泵系統的輸出光信噪比OSNRwt (dB) = ^((^)+58-10化(^-1/6總)，其中所述？^為光發射機的輸出功率，遙泵系統的總增益G & = GbGGeGp/ (T1T2 )，遙泵系統的總體噪聲指數Fsys = Pase & / (h v B0G總)+l/G總，遙泵系統的積累噪聲 Pase總=PASE_BAGGEGp/ (TJ^+P^^^Gp/T^PASE—RaGp+PasE—PA，其Ψ，P AS E-BA Λ P AS E-RGU、P AS Ε-RA、 PASE_PA分別是功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元、前置放大器產生的ASE噪聲功率，GB、G、GK、GP分別是功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元、前置放大器的增益，T1和T2分別為遠程增益單元中兩段摻鉺光纖的傳輸損耗； 獲取所述光信噪比在最大值時的光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。
4.如權利要求3所述方法,其特征在于,所述輸入光信號波長選擇范圍為1530nm 1570nmo
5.如權利要求5所述方法，其特征在于，所述遠程泵浦單元的泵浦光波長選擇范圍為1460nm 1490nm。
6.如權利要求5所述方法，其特征在于，所述遠程泵浦單元的泵浦光功率不小于30dBm。
7.如權利要求6所述方法，其特征在于，所述遠程增益單元中的摻鉺光纖濃度為2.5-4.5dB/m。
8.如權利要求7所述方法，其特征在于，所述遠程增益單元(4)包括設在所述摻鉺光纖(42)兩端的光隔離波分復用合成器件(41、45)。
9.如權利要求8所述方法，其特征在于，所述遠程增益單元(4)還包括設在所述摻鉺光纖(43)和光隔離波分復用合成器件(45)之間的泵浦光反射鏡(44)。
全文摘要
本發明適用于光通信領域，提供一種提高遙泵系統輸出光信噪比的方法，包括在改變輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度的條件下，分別測得功率放大器、遠程增益單元、遠程泵浦單元以及前置光放大器這四器件的增益和噪聲指數；根據測得的增益和噪聲指數獲取遙泵系統的輸出光信噪比，在所述光信噪比最大時，獲取當前狀態下的輸入光信號波長和/或第二傳輸光纖長度。本發明通過設計計算得到最佳輸入光波長和RGU和RPU的最佳間距，使得遙泵系統處于最佳工作狀態，輸出最大的光信噪比，有效降低誤碼率，提升系統的可靠性和穩定性。
文檔編號H04B10/2507GK103166708SQ20131008091
公開日2013年6月19日 申請日期2013年3月14日 優先權日2013年3月14日
發明者徐健, 付成鵬, 卜勤練, 余春平, 江毅, 黃麗艷 申請人:武漢光迅科技股份有限公司