CN103166708A - 一种提高遥泵***输出光信噪比的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明适用于光通信领域，提供一种提高遥泵***输出光信噪比的方法，包括在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数；根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度。本发明通过设计计算得到最佳输入光波长和RGU和RPU的最佳间距，使得遥泵***处于最佳工作状态，输出最大的光信噪比，有效降低误码率，提升***的可靠性和稳定性。

Description

一种提高遥泵***输出光信噪比的方法
技术领域
本发明属于光通信领域，尤其涉及一种提高遥泵***输出光信噪比的方法。
背景技术
超长单跨距光传输***有别于传统的通信***，其单跨距的光缆长度一般要求几百公里，线路中间不能有任何的中继设备。超长跨距全光传输***为网络安全、稳定、经济运行提供有力保障。由于减少了光/电转换次数，并且可以利用光纤丰富的带宽资源，超长距离传输技术大大降低了长距离传输的成本，同时***的可靠性和传输质量都得到了保证。在采用前向纠错技术、调制码型、增大发送功率、功率放大器、前置放大器、拉曼放大等常规技术后仍不能解决长跨距问题时，选择遥泵技术能进一步扩大单跨距距离。遥泵技术是在光缆中***掺饵光纤等增益介质以提供光放大，同时在该点不需供电设施，也不需人员维护，适合用于穿越沙漠、高原、湖泊、海峡等维护、供电不便的地区，因为没有中继站，减少了日常维护成本。
目前遥泵(ROPA,Remote Optically Pumped Amplifier)技术已在长跨距无中继光传输***中广泛使用，作为泵浦光波长的1450nm～1490nm波长范围内输出功率达数瓦的激光器已商用，这也使得ROPA***更具吸引力。另一方面，当线路的跨距将拉曼（RA）放大的指标都耗尽的时候，采用ROPA可使跨损再提高10dB左右，可允许跨距上有更大程度的扩展。在***中将ROPA与RA结合起来使用，可最大限度地延长传输距离，提高***功率预算。
目前，在遥泵***的实际工程设计中，远程增益单元（RGU,Remote GainUnit）和远程泵浦单元（RPU,Remote Pump Unit）是单独设计的，RGU的设计原则是线路光信号增益尽量大，噪声指数尽量小，目前遥泵***中输入光信号波长以及RGU和RPU之间的距离都是根据经验值选取，没有经过具体的计算设计，使得现有的遥泵***的输出光信噪比达不到最大值，***的可靠性和稳定性不能达到最佳效果。
发明内容
鉴于上述问题，本发明的目的在于提供一种提高遥泵***输出光信噪比的方法，旨在解决现有遥泵***由于不设计计算输入光信号波长以及RGU和RPU之间的距离，使得***无法输出最大的光信噪比。
本方案中，所述遥泵***包括顺次连接的光发射机、功率放大器、第一传输光纤、远程增益单元、第二传输光纤、远程泵浦单元、前置光放大器和光接收机，其中，所述远程增益单元包括两段连接的掺铒光纤，所述提高遥泵***输出光信噪比的方法包括下述步骤：
在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数；
根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度。
本发明的有益效果是：在遥泵***中输入光信号波长以及RGU和RPU之间的距离都会影响到遥泵***的输出光信噪比，在本发明技术方案中，通过改变输入光信号波长和/或同时改变RGU和RPU之间的距离（即第二传输光纤的长度）,可以使得***总体噪声指数有一个最小值，具体的，在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，精确计算出遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比为最大值时，获取此时状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度，这个输入光信号波长就是最佳输入光信号波长，这个第二传输光纤长度就是RGU和RPU之间的最佳距离，因此在设计遥泵***时，通过选取最佳输入光信号波长和/或RGU和RPU之间的最佳距离，可以使得遥泵***输出最大的光信噪比，从而有效降低误码率，提升***的可靠性和稳定性，延长中继传输距离，提高***功率预算。
附图说明
图1是遥泵***的结构图；
图2是本发明第一实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法的流程图；
图3是RGU增益和噪声指数测试第一原理图；
图4是RGU增益和噪声指数测试第二原理图；
图5是输入光信号波长与RGU增益曲线图；
图6是输入光信号波长与RGU噪声指数曲线图；
图7是RGU反向输入的泵浦光功率与RGU增益曲线图；
图8是RGU反向输入的泵浦光功率与RGU噪声指数曲线图；
图9是遥泵***输入信号光波长与输出光信噪比的曲线图；
图10是RGU和GPU不同间距与输出光信噪比的曲线图；
图11是本发明第二实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法的流程；
图12是配置RGU的光路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
为了说明本发明所述的技术方案，下面通过具体实施例来进行说明。
图1示出了遥泵***的结构，包括顺次连接的光发射机1、功率放大器2、第一传输光纤3、远程增益单元4、第二传输光纤5、远程泵浦单元6、前置光放大器7和光接收机8，其中远程增益单元4内包括两段连接的掺铒光纤。所述光发射机1发出光信号后，功率放大器2对所述光信号进行功率放大，增加入纤光功率，输入光信号经过第一传输光纤3传输，由于第一传输光纤3距离较长，在传输过程中有信号衰减，因此远程增益单元4对衰减后的输入光信号进行进一步放大，放大后再经过第二传输光纤5传输，图中远程泵浦单元6提供一功率较大的反向传输的泵浦光，所述远程泵浦单元6具有输入信号光探测单元、泵浦光和反射光功率探测单元以保证***安全性，远程泵浦单元6的输出端与前置光放大器7相连接，前置光放大器7用于提高信号光接收灵敏度。前置光放大器7的输出端与接收机8的输入端口连接。本实例中所述远程泵浦单元6提供一较大功率的远端泵浦光，功率不小于30dBm，泵浦光波长选择范围为1460nm～1490nm，实现拉曼放大的同时还能为远程增益单元4提供泵浦光，使得进一步提高无中继传输距离。
在遥泵***中，输入光信号波长以及远程增益单元4和远程泵浦单元6之间的距离（即第二光纤长度）影响着***输出光信噪比，对于这两个重要的参数，现有遥泵***通常选取经验值，没有经过精确的计算和设计，这样使得***的整体效果达不到最优，无法进一步降低误码率。本发明实施例提供了一种提高遥泵***输出光信噪比的方法，获取最佳输入光信号波长和/或最佳间距（远程增益单元4和远程泵浦单元6之间的距离），使得遥泵***处于最佳工作状态，提高***系能。
实施例一：
图2示出了本发明第一实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法包括下述步骤：
步骤S201、在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数。
本步骤主要实现的是在不断调整输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的情况下，测出每个状态下功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数，假设功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器的增益分别为GB、G、GR、GP，功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元、前置放大器产生的噪声指数分别为NFBA、NFRGU、NFRA、NFPA，所述各个器件的增益和噪声指数通过光谱分析仪获得，具体的，将光谱分析仪分别接入到器件的输入端和输出端，分别得到输入前和输入后的光信号强度和噪声强度，这样就可以分析出该器件的增益和噪声指数，比如对于远程增益单元，如图3所示，首先断开第一传输光纤3和远程增益单元4，并在第一传输光纤3的输出端接上光谱分析仪，获得输入前的光信号强度和噪声强度，然后如图4所示，连接好第一传输光纤3和远程增益单元4后，在远程增益单元4和第二传输光纤5之间接入波分复用器，远程泵浦单元输出的反向泵浦光进入远程增益单元4，波分复用器的透射端连接上光谱分析仪，这样就可以获取经远程增益单元4放大后的光信号强度以及噪声强度，通过比对放大前和放大后的光信号强度以及噪声强度，就可以测得远程增益单元4的增益和噪声指数，图5和图6分别示出了在第二传输光纤长度不变时，不断改变输入光信号的波长，所测得的RGU增益和噪声指数曲线图，图7和图8示出了在输入光波长固定不变时，不断改变第二传输光纤的距离时，所测得的RGU增益和噪声指数曲线图，为了方便作图，图7和图8中以远程增益单元反向输入的泵浦光功率为横轴，RGU增益和噪声指数为纵轴制图，需要指出的是，远程泵浦单元是为远程增益单元提供反向泵浦光的，在改变第二传输光纤的长度后，反向输入到远程增益单元的泵浦光功率也会不断改变，其他器件的增益和噪声指数测量方法相同。
在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度时，具体的，可以首先将第二传输光纤长度固定，在一定波长范围内（比如1530nm～1570nm）逐步调整输入光信号波长，测量各个器件的增益和噪声指数，然后在将输入光信号波长固定在一个波长值，在一定范围内逐步调整第二传输光纤长度，再测量各个器件的增益和噪声指数。
步骤S202、根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度。
根据ITU-T Rec G.692和***等效噪声指数定义可得出***输出端输出光噪声比OSNR表达式，OSNRout(dB)＝Pin(dBm)+58-10lg(Fsys-1/G总)其中Pin为光发射机的输出功率，遥泵***的总增益G总＝GBGGRGP/（T1T2），遥泵***的总体噪声指数Fsys＝PASE总/(hνB0G总)+1/G总，遥泵***输出端产生的积累ASE噪声PASE总表示每个放大器产生的ASE噪声经过后续的放大器放大及光纤衰减后的值的累加，其表达式为：
PASE总＝PASE-BAGGRGP/（T1T2）+PASE-RGUGRGP/T2+PASE-RAGP+PASE-PA
其中，PASE-BA、PASE-RGU、PASE-RA、PASE-PA分别是功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元、前置放大器产生的ASE噪声功率，GB、G、GR、GP分别是功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元、前置放大器的增益，ASE噪声功率可以由噪声指数和增益经过数值变换得到，T1和T2分别为远程增益单元中两段掺铒光纤的传输损耗，具体的传输损耗关系图如图7所示，在确定传输光纤的长度和输入光波长后，就可以得知T1和T2。
因此在每次获得到一组NFBA、NFRGU、NF-RA、NFPA、GB、G、GR、GP后，就可以得到一个光噪声比OSNR值，当第二传输光纤长度不变（通常先去经验长度值，比如100km），逐步调整输入光信号波长时，当光信噪比为最大值时，此时的输入光信号波长为最佳输入光信号波长，具体参照如图9所示的遥泵***输入信号光波长与输出光信噪比的曲线图，从图中可看出最佳输入光波长为1560nm左右，然后固定最佳输入光信号波长，再调整第二传输光纤长度，当光信噪比为最大值时，此时的第二传输光纤的长度为最佳间距，具体参照如图10所示的RGU和GPU不同间距与输出光信噪比的曲线图，从图中可看出最佳间距为105km左右。同样，也可以先固定输入光信号波长（通常选取经验波长值，比如1550nm）通过计算得到最佳间距，再调整输入光信号波长得到最佳输入光波长。或者也可以只得到最佳输入光波长或最佳间距。
综上，需要特别说明的是，本实施例包括三种具体调整方法，包括：
1、固定第二传输光纤长度不变，逐步调整输入光信号波长，当所述输出光信噪比最大值时，此时的输入光信号波长为最佳输入光波长。
2、固定输入光信号波长为一波长值，逐步调整远程增益单元和远程泵浦单元之间的距离，当所述输出光信噪比最大值时，此时的第二传输光纤的长度为最佳间距。
3、在得到最佳输入光信号波长后，再逐步调整远程增益单元和远程泵浦单元之间的距离，进一步得到最佳间距；或者在得到最佳间距后，再逐步调整输入光信号波长，进一步得到最佳输入光波长，这样就可以同时得到最佳输入光波长和最佳间距，使得遥泵***处于最佳工作状态，降低***误码率。
实施例二：
图11示出了本发明第二实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法的流程，为了便于说明仅示出了与本发明实施例相关的部分。
本实施例提供的提高遥泵***输出光信噪比的方法包括下述步骤：
步骤S111、在不同的输入光信号波长、信号功率以及不同的泵浦光波长和泵浦光功率的情况下，获取远程增益单元中两段掺铒光纤的最佳长度比值以及最佳长度总和，使得远程增益单元对遥泵***的总体噪声指数影响最小；
步骤S112、在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数；
步骤S113、根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度。
本实施例在实施例一的基础上增加了步骤S111，该步骤主要是配置远程增益单元的光路结构，使得远程增益单元具有最佳光路结构，进一步降低远程增益单元对遥泵***的噪声影响。
如图12所示的配置远程增益单元的光路结构，包括两段连接的掺铒光纤42、43，所述两段掺铒光纤的长度比值和长度总和会影响到远程增益单元的性能，所述步骤S111就是通过大量的反复实验得到掺铒光纤的最佳长度比值和最佳长度总和，具体实现时，可以在不同的输入光信号波长、信号功率以及不同的泵浦光波长和泵浦光功率的情况下，通过光谱分析仪来获得配置远程增益单元的增益和噪声指数，得到在不同条件下掺铒光纤的最佳长度比值和最佳长度总和，然后在设计不同的遥泵***时，选择出最优的最佳长度比值和最佳长度总和，得到最佳光路结构的远程增益单元。
本实施例中，所述掺铒光纤优选为具有较小模场直径和较大数值孔径的低浓度掺铒光纤，其浓度为2.5-4.5dB/m，吸收峰值对应波长为1530nm。除了掺铒光纤外，本实施提供的远程增益单元还包括设在所述掺铒光纤两端的光隔离波分复用合成器件41、45，以减少多个器件带来的连接损耗和***损耗，所述光隔离波分复用合成器件包括光隔离器和1480/1550波分复用器集成器件，优选的，所述远程增益单元还包括设在所述掺铒光纤43和光隔离波分复用合成器件45之间的泵浦光反射镜44，充分利用远程增益单元的泵浦光。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种提高遥泵***输出光信噪比的方法，所述遥泵***包括顺次连接的光发射机（1）、功率放大器（2）、第一传输光纤（3）、远程增益单元（4）、第二传输光纤（5）、远程泵浦单元（6）、前置光放大器（7）和光接收机（8），其中，所述远程增益单元（4）包括两段连接的掺铒光纤（42、43），其特征在于，所述方法包括：
在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数；
根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度。
2.如权利要求1所述方法，其特征在于，所述在改变输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的条件下，分别测得功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元以及前置光放大器这四器件的增益和噪声指数步骤之前还包括：
在不同的输入光信号波长、信号功率以及不同的泵浦光波长和泵浦光功率的情况下，获取远程增益单元中两段掺铒光纤的最佳长度比值以及最佳长度总和，使得远程增益单元对遥泵***的总体噪声指数影响最小。
3.如权利要求1或2所述方法，其特征在于，所述根据测得的增益和噪声指数获取遥泵***的输出光信噪比，在所述光信噪比最大时，获取当前状态下的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度步骤具体包括：
在不同的输入光信号波长和/或第二传输光纤长度的情况下，获取遥泵***的输出光信噪比OSNRout(dB)＝Pin(dBm)+58-10lg(Fsys-1/G总)，其中所述Pin为光发射机的输出功率，遥泵***的总增益G总＝GBGGRGP/（T1T2），遥泵***的总体噪声指数Fsys＝PASE总/(hνB0G总)+1/G总，遥泵***的积累噪声PASE总＝PASE-BAGGRGP/（T1T2）+PASE-RGUGRGP/T2+PASE-RAGP+PASE-PA，其中，PASE-BA、PASE-RGU、PASE-RA、PASE-PA分别是功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元、前置放大器产生的ASE噪声功率，GB、G、GR、GP分别是功率放大器、远程增益单元、远程泵浦单元、前置放大器的增益，T1和T2分别为远程增益单元中两段掺铒光纤的传输损耗；
获取所述光信噪比在最大值时的光信号波长和/或第二传输光纤长度。
4.如权利要求3所述方法，其特征在于，所述输入光信号波长选择范围为1530nm～1570nm。
5.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述远程泵浦单元的泵浦光波长选择范围为1460nm～1490nm。
6.如权利要求5所述方法，其特征在于，所述远程泵浦单元的泵浦光功率不小于30dBm。
7.如权利要求6所述方法，其特征在于，所述远程增益单元中的掺铒光纤浓度为2.5-4.5dB/m。
8.如权利要求7所述方法，其特征在于，所述远程增益单元（4）包括设在所述掺铒光纤（42）两端的光隔离波分复用合成器件（41、45）。
9.如权利要求8所述方法，其特征在于，所述远程增益单元（4）还包括设在所述掺铒光纤（43）和光隔离波分复用合成器件（45）之间的泵浦光反射镜（44）。
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