1. 引言

　　 在長江三角洲、 珠江三角洲、 環渤海灣等地都出現相鄰間隔不大于350公里的城市群，城市群內部相鄰城市之間的通信目前對帶寬的需求越來越高，因此這些地區正在成為遠程泵浦無中繼傳輸的一個新的應用熱點區域;由于在一些沼澤、沙漠、森林等無人區，中繼站建設、維護費用高，所以這些地區也是遠程泵浦無中繼傳輸潛在的應用領域。在所有應用遠程泵浦的系統，都無法回避的一個應用問題是增益單元放置位置的選擇問題。

　　本文從泵浦功率、信號入纖功率及光纖損耗系數出發，對遠程泵浦系統中增益單元-RGU的放置位置進行了理論分析與實驗研究，經過詳細的理論分析，針對2.5Gbit/s的SDH系統，得到了某一泵浦功率與信號入纖功率情況下的光信噪比與RGU放置位置的關系，同時也得到了RGU的最佳放置位置與光纖損耗系數的關系。

　　2. 遠程泵浦系統中OSNR的理論分析與實驗研究

　　在光通信傳輸系統中，影響誤碼率的主要是兩類因素，一是功率受限系統，一是光信噪比受限系統，由于EDFA在光傳輸系統中的成熟應用，光功率已不再是限制光通信傳輸距離的的主要因素，如果功率不夠，通過放大器對信號放大，功率將不再受限，但是引入放大器的同時，也會引入噪聲，放大器引入的越多，噪聲積累也就越嚴重，OSNR劣化的也就會越嚴重，還有一種情況就是信號本身經過很大的衰減后再經過EDFA放大，由于此時信號本身的信噪比已經很小，經過放大器放大后，OSNR仍然會比較差，遠程泵浦系統就屬于此類型。遠程泵浦系統原理圖如圖1所示：

?

　　圖1 遠程泵浦系統的原理框圖

　　圖中，Tx為信號發射模塊，BA為功率放大器(Booster Amplifier)，傳輸光纖1為遠程增益單元(RGU-Remote Gain Unit)前面的傳輸光纖，傳輸光纖2為遠程增益單元(RGU)后面的傳輸光纖，這部分光纖在同纖泵浦的遠程泵浦系統中，既要傳輸信號，也要傳輸RGU需要的泵浦光，這部分光纖在傳輸泵浦光的過程中，會產生Raman增益，Raman & RPU模塊是提供1480nm光的遠程泵浦單元(RPU-Remote Pump Unit)，PA為前置放大器(Pre-Amplifier)， Rx為系統的接收模塊。

　　2.1 遠程泵浦系統中OSNR理論分析

　　在光傳輸系統中，OSNR的計算主要是通過58公式實現的[1]，即：

?

　　1)

　　式中，output power是某信道入纖光功率，Loss為跨距損耗， NF為光放大器的噪聲指數，N為跨段數目，這個公式主要適用于等跨距損耗的系統，對于非等跨距的系統，我們首先視N=1，然后分布來計算就可以了。對于遠程泵浦的2.5Gbit/s的SDH系統，要想獲得最佳的OSNR，根據式1)分析，要么信道的入纖功率比較高，要么光纖的損耗比較小，要么放大器的噪聲指數比較低，或者跨段數目比較少。對于入纖光功率，由于SBS及自相位調制SPM的影響，入纖功率不能太高，對于有SBS抑制功能的發射模塊，SPM受限功率一般要求小于23dBm，同時對于已經鋪設好的線路，光纖的衰減也是無法改變的，因此要想改善系統的OSNR，最有可能的是降低放大器的噪聲指數。對于遠程泵浦系統，實際上可以把其看作兩段不等損耗的跨距系統，在兩段光纖中間，是作為線路放大器的遠程增益單元RGU。

　　分析整個傳輸系統的OSNR，其實就是分析整個系統的噪聲指數，根據噪聲指數的定義，NF=OSNRin-OSNRout. 所以最終的

?

　　2)

　　單位 dB

　　對于EDFA級聯系統，等效噪聲計算公式為

?

　　3)

　　其中所有參量均為線性單位。

　　為了分析方便，本文將整個系統分為兩部分，RGU前面的功率放大器及光纖衰減看作一個整體放大器，增益為G1， 噪聲指數NF1;RGU及后面的光纖衰減、拉曼光纖放大器與前置放大器看作另一個放大器，增益為G2，噪聲指數為NF2。為了理論分析方便，假定功率放大器的增益為GB，噪聲指數為NFB;光纖的總的長度為L，總傳輸損耗為TdB;RGU的增益為G，噪聲指數為NF，RGU之前的傳輸光纖長度為L1，傳輸損耗為T1dB; RGU之后的傳輸光纖長度為L2，傳輸損耗為T2 dB，在1480nm波段的傳輸損耗為T3 dB，RPU在光纖中產生的Raman增益為GR，等效噪聲指數為NFR;PA的增益為G3，噪聲指數為NF3.

　　對于無源的衰減器，其噪聲指數等于本身衰減值。

?

　　4)

?

　　5)

?

　　6)

?

　　7)

　　所有對于整個傳輸系統而言，假定整體的噪聲指數為NF’，則

?

　　8)

　　假如光纖在1550nm處的損耗系數為，單位dB/km，則

?

　　9)

?

　　10)

　　對于傳輸光纖而言，光纖的損耗系數與波長的四次方的倒數成正比[2]，所以，光纖在1480nm處的損耗系數將比1550nm處大0.02dB/km，因此遠程泵浦光經過L2km的光纖傳輸后，到達RGU處的泵浦光將為P0-(+0.02)L2，單位dBm。

　　由于RGU的增益與噪聲指數與進入RGU的泵浦功率密切相關，而泵浦功率又與光纖損耗及光纖長度密切相關，同時，整體的噪聲指數與T1密切相關，因此，RGU與RPU有個最佳的距離，滿足此距離將得到最佳的OSNR。