基于色散補償技術的超長距離L波段傳輸方式

摘要：【目的】探討L波段信號經過超遠距離光纜安全穩(wěn)定傳輸至華數前端機房的技術實現(xiàn)?！痉椒ā课恼峦ㄟ^在實驗模型色散補償方式分析的基礎上，結合工程實際進行實地測試驗證。【結果】通過合理的色散管理，可較好地補償長距離傳輸系統(tǒng)帶來的色散問題?！窘Y論】在L波段光信號傳輸途中使用前置色散補償器和EDFA光信號中繼設備的方式可以實現(xiàn)125公里L波段信號傳輸，經此遠距離傳輸的L波段信號，滿足華數前端機房衛(wèi)星信號的接收需求。

關鍵詞：光纖色散；非線性效應；色散補償；補償量； 傳輸方式" " " " " " 中圖分類號：TN919.8" " " " 文獻標識碼：A

文章編號：1671-0134（2023）03-152-03" " " " "DOI：10.19483/j.cnki.11-4653/n.2023.03.034

本文著錄格式：包勇，邱承浚，張麗.基于色散補償技術的超長距離L波段傳輸方式[J].中國傳媒科技，2023（03）：152-154.

導語

華數傳媒前端是浙江省數字電視信源中心，由其接收處理的信源提供浙江省各地市作為直播播出信源，信源中心接收處理的節(jié)目中衛(wèi)星接收信源占比高達75%。[1]因此，衛(wèi)星信源的接收和傳輸安全是浙江省安全播出工作的重中之重。隨著電信運營商在杭州市區(qū)5G通訊業(yè)務的發(fā)展和基站覆蓋密度的增加，華數公司衛(wèi)星信號接收遭受5G干擾的情況越來越嚴重，已經嚴重影響播出安全。經公司決策，決定異地選址建設無干擾的衛(wèi)星接收站，并將無干擾、穩(wěn)定高質量的衛(wèi)星信號通過L波段長距離光傳輸系統(tǒng)經專線傳輸光纜接入華數前端機房，從而徹底排除5G信號對衛(wèi)星信號接收及穩(wěn)定傳輸的隱患。

然而，異地衛(wèi)星接收站距離華數前端機房總光纜鏈路長度約為125千米?？紤]到遠距光纖傳輸中的非線性效應（光纖色散、損耗等）可能會造成光纖通信中出現(xiàn)信號質量下降、信息丟失等問題[2]，如何將L波段信號經過超遠距離光纜安全穩(wěn)定傳輸至華數前端機房，是本文研究的主要內容。

1.系統(tǒng)模型

針對遠距光傳輸系統(tǒng)中傳輸信號質量下降的問題，實際工程應用中經常啟用色散管理，即采用色散補償光纖進行抑制。根據色散補償模塊部署位置的不同，可以分為如下幾種補償方式：前置補償、中間補償、后置補償和對稱兩段補償等。按照補償量的不同也可以分為：完全補償、一定程度的過補償和一定程度的欠補償等補償方式。[3]

從色散管理的效果來看，在不同的位置用不同量的補償，其補償效果是不同的。光纖傳輸過程中的信號傳輸環(huán)境復雜，采取何種形式的色散補償方案需要根據工程實際情況進行考量。不同的色散管理方案會對系統(tǒng)性能帶來不同的影響，需要對各種出現(xiàn)的情況進行深入研究和分析比較尋找最優(yōu)的色散管理方案。

圖1是色散補償模塊（ Dispersion compensation module）部署在不同位置進行補償的實驗模型。圖中模塊補償量為1360PS，可以補償80千米普通G625光纖造成的色散。圖中A為沒有部署補償傳輸方式，B為前置補償方式，C為中間級補償方式，D為后置補償方式，E為接收端補償方式。[4]為了保證5種測試條件基本相同，將75千米光纖與色散補償模塊合并，統(tǒng)一看作一個單元模塊分別部署在系統(tǒng)的開始端、中間端和末端。

為研究遠距光傳輸系統(tǒng)中光纖色散及其補償模塊的實際補償能力，實驗系統(tǒng)設定為超長傳輸距離以凸顯色散影響，本次模型設定傳輸距為205千米。同時調整每段EDFA輸出光功率，將每段入纖光功率都控制在16dBm以下，以減少自相位調制效應（SPM）引起的指標劣化。[5]從理論計算分析可知，當補償模塊完全補償80千米色散量的時候，將給系統(tǒng)CSO指標帶來6.2dB的改善量。

上述模型測試結果如下：

A：在完全沒有部署色散補償模塊（DCM）時，系統(tǒng)的CSO值為-34dBc（60CH）；

B：首先把傳輸信號作—1360ps的變化，然后注入光纖進行傳輸，是一種過補償方式。系統(tǒng)測試的CSO值為—36.5dBc（60CH），有2.5dB的改善，與理論計算值差3.7dB；

C：信號傳輸80千米后，在80千米處作-1360ps的色散補償。系統(tǒng)的CSO值達—40dBc（60CH），有6dB的改善。與理論計算值接近，補償效果最好；

D：信號傳輸130千米后，作—1360ps的色散補償。系統(tǒng)的CSO值為—39.1dBc（60CH），有5.1dB的改善，與理論計算值差1.1dB；

E：將色散補償模塊（DCM）部署在光接收機末端。系統(tǒng)的CSO值為—33.6dBc（60CH），與完全沒有部署色散補償模塊相比反而劣化0.4dB。補償效果最差。

由模型實驗可知：色散補償模塊部署靈活，適合部署在長距離光纖傳輸系統(tǒng)，通過合理的色散管理，可較好地補償長距離傳輸系統(tǒng)帶來的色散問題。色散補償模塊部署位置可依據工程實際進行考量，根據實地勘測情況確定色散補償方式，不同環(huán)境下的補償效果有所差異。[6]完全不安裝色散補償模塊會造成指標劣化嚴重，影響信號傳輸質量；條件允許的情況下，如果在每一段EDFA后面都接一個補償模塊，使得每一段光纜傳輸的色散都基本得到補償，補償效果會更好。

2.技術方案

在異地衛(wèi)星接收站建設中，衛(wèi)星信號通過L波段長距離光傳輸系統(tǒng)經專線傳輸光纜接入華數前端機房，實現(xiàn)異地衛(wèi)星信號遠距安全穩(wěn)定傳輸。[7]

具體傳輸途徑如下：從異地衛(wèi)星接收站接收的L波段信號，先傳輸至區(qū)縣華數機房，在區(qū)縣華數機房進行中繼放大，再通過專線光纜傳輸至華數前端機房。實際光纜路由如圖2。

根據模型計算，可在區(qū)縣華數機房部署色散補償模塊和EDFA，即光纜傳輸33千米處進行色散補償和放大。[8]由于區(qū)縣華數機房機柜資源緊張，以前置方式進行色散補償，即色散補償器部署在EDFA之前對后續(xù)線纜敷設、設備維護較為便利。光傳輸設備部署框架圖詳見圖3。

按照前置色散補償方式實現(xiàn)的超長距離傳輸是否滿足L波段信號使用要求，需要進行關鍵指標測試。測試指標項包括關鍵節(jié)點光功率、異地衛(wèi)星接收站和前端機房衛(wèi)星接收指標。

使用光功率，測試并記錄各節(jié)點光功率，見表1。

在異地衛(wèi)星接收站和華數前端機房分別部署衛(wèi)星接收機，對衛(wèi)星接收指標進行讀取，結果見表2、表3。

由表2、表3測試結果可知：在L波段光信號傳輸途中使用前置色散補償器和EDFA光信號中繼設備的方式可以實現(xiàn)125公里L波段信號傳輸，經此遠距離傳輸的L波段信號，滿足華數前端機房衛(wèi)星信號的接收需求。

結語

華數異地衛(wèi)星接收站各極化L波段信號經125公里超長傳輸路由傳輸至華數前端機房，目前已經接入大網投入正式使用。在中國共產黨成立100周年紀念活動、黨的“二十大”等重大主題安全播出保障期提供安全穩(wěn)定的衛(wèi)星信源，有力保障了安播重保任務和日常安全播出工作的順利完成。

各地廣電衛(wèi)星接收站由于建設年代較早，一般位于城區(qū)位置。在新的時代背景下，5G通信技術取得一定發(fā)展，隨著5G商用部署的持續(xù)推進，各城市區(qū)域三大電信運營商5G基站覆蓋數量和覆蓋密度不斷增加[9]，對當地廣電衛(wèi)星接收站的干擾也持續(xù)增強，在遠離城區(qū)的郊區(qū)興建異地衛(wèi)星接收站成為解決電信運營商5G干擾的終極手段。[10]因此，采用色散補償方式實現(xiàn)超長距離L波段穩(wěn)定安全光傳輸，在行業(yè)內具備一定的推廣價值。

[1]余海楊，葉 濤，邵 龍，等.基于光通信色散管理技術的非線性效應與色散補償性能研究[J]激光雜志，2017（8）：32-35.

[2]曹文華.準線性光纖傳輸系統(tǒng)中幾種色散補償方案的性能比較[J].光學學報，2018（4）：62-69.

[3]包力泰.5G通信技術背景下物聯(lián)網應用發(fā)展[J].中國傳媒科技，2022（8）：92-94.

[4]毋冰.5G通信技術對新聞傳播帶來的機遇與挑戰(zhàn)[J]. 中國傳媒科技，2022（5）：64-66.

[5]高永剛.5G技術下廣播電視媒介的發(fā)展機遇與創(chuàng)新探討[J]. 中國傳媒科技，2022（4）：56-58.

[6]朱永文、喻蘭辰暉.L波段數字航空通信系統(tǒng)研究[J].南京航空航天大學學報，2022（4）：700-714.

[7]劉小磊、熊雪娟、李冰心.基于Optisystem的光纖傳輸系統(tǒng)的色散補償分析[J].光通信研究，2016（5）：5-7，38.

[8]王霏、肖平平.具有混合形狀空氣孔的QAM傳輸光纖設計研究[J].光電子·激光，2020（3）：217-222.

[9]曹雪.以啁啾光柵對波分復用系統(tǒng)色散補償的研究[J].光電子·激光，2021（2）：217-222.

[10]申靜，潘建.色散補償光纖的分波長色散補償[J].光通信技術，2019（2）：27-29.

作者簡介：包勇（1972-），男，浙江杭州，教授級高級工程師，研究方向為數字電視技術；邱承浚（1981-），男，浙江杭州，高級工程師，研究方向為數字電視技術；張麗（1982-），女，山東單縣，高級工程師，研究方向為數字電視技術。

（責任編輯：張曉婧）