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摘要：鉴于新疆地理条件的特殊性最低海拔为1000m最高海拔3800m，途径地域日较温差可达25℃，经历极端最低气温-43.2℃，极端最高气温40.3℃。本课题基于新疆超长跨超低损OPGW的铺设项目，采用改进的最坏值算法最优化设计遥泵增益子单元RGU的安装位置。依据实测光性能参数，最优调试分布式拉曼放大器FDRA泵浦光功率，确定光信号增益指标。实现全国首次在超长跨距超低损OPGW中安装遥泵，工程统计分析全程光损耗远远优于既定指标且无误码。
关键词：超低损OPGW；分布式拉曼放大器；遥泵增益子单元；泵浦功率；双锐利背散射
0.引言
新疆750kV伊库线电力天路全线在海拔1000-3800m之间，是首条翻越天山主脉的超长跨距光缆，工程建设条件受到特殊气候环境的制约。光缆大范围进入冻土带及寒冻影响区、冰川及次生灾害区，面临地形地貌引起的大高差、大档距、微气象区多、跨越林区等挑战。同时因途经大范围无人区，会存在交通条件差、建设运维条件艰苦等困难。线路沿途有众多自然遗产区、自然保护区、国家地质公园、湿地以及大范围煤矿、金属矿区等，为建设通信中继站带来极大困难。
本文提出一种改进型最坏值算法，可在超长跨距光传输条件下，最优化设计遥泵增益子单元的安装位置，确保收端无误码的接收光信号，提高收端信噪比。确定RGU安装位置后，同时考虑光纤双锐利背散射和自发辐射噪声影响，最优调试分布式拉曼放大器泵浦光功率，确定光信号增益指标，使得拉曼放大器既可以放大光信号，又不会因泵浦光功率过大，在其OUT口发生烧毁尾纤的事故。
1 最优化设计遥泵增益子单元在超低损光纤中的安装位置
1.1超低损光纤与遥泵增益子单元的兼容性
遥泵增益子单元由波分复用器、隔离器、掺铒光纤组成，该设备的输入端口和输出端口分别与波分复用器连接，波分复用器的纤芯与G.652D的纤芯直径一致所以RGU的连接头选用G.652D。因此超低损光纤SMF-36 ULL可与RGU完美熔接。
1.2采用改进型最坏值算法最优化设计RGU安装位置
在确定安装RGU的位置时，需考虑一下三个影响因素：
满足有本端发出的信号光的光功率可以进入RGU的入口门限范围以内，从而顺利起到信号光放大的作用；
满足对端发出的泵浦光经过特定距离后，泵浦光功率可以达到激发RGU工作的最低工作门限值；
满足从本端发出的信号光在经历长距离传输后，信号光功率处在RGU可以放大的门限范围以内。如图所示为遥泵安装位置。
传统的计算功率受限最长距离的最坏值算法公式如下：
式中 为功率受限最大传输距离（km）； 为光信号在发送端的功率（dBm）； 为信号接收端入口门限的最低值（dBm）； 为光通道代价，取值为1dB或2dB； 为信号收发两端之间的活动接头损耗； 为光缆富余度，光缆长度小于75km时，光缆富余度取3dB，光缆长度大于125km时，光缆富余度取5dB； 为光纤衰耗系数； 为光纤熔接头每公里衰耗系数。
然而在实际工程测量中发现在光信号发送端除了考虑信号光本身的功率，还要考虑光功率放大器OBA的增益，以及拉曼放大器在经历一段分布式放大后的对信号光的增益。因此改进型最坏值算法公式如下：
发送端设备安装方式为OEO（EFECT编码）+OBA19+FDRA10, OEO（FEC编码）编码增益0dB；OBA19输出光功率10dBm；RGU接收灵敏度-42dBm, Ps＝10dBm, Pr＝-42dBm, Praman=9dBm，∑Ac=0.5dBm, Mc=5dBm光缆衰减系数Af+As=0.18dB/km。带入公式（2）得到如下计算信号发送端到RGU距离的公式：
由公式（3）可知，当RGU安装在距离发送端297.222km以内的位置时，该方案可以满足光信号寿命终了时刻达到RGU的入口门限，而且会有5dB的富裕度。
RGU的加性增益为20dBm，发送功率Ps= -24dBm，泵浦单元RPU接收灵敏度Pr= -42dBm，则RGU到信号接收端的距离公式如下：
公式（5）中Lwhole代表发送端到接收端全程的距离； 代表RGU允许安装的位置范围。则RGU安装位置为 之间。从而根据现场杆塔的实际位置确定最终的遥泵安装地点。如下图所示为RGU安装设计方案：
2 依据实测光性能参数优调FDRA泵浦光功率
2.1拉曼放大器烧尾纤及其制造误码的原因
○1尾纤截面烧毁原因：
厂家预先设定的拉曼放大器功放数据是机器的最大增益值即将前置拉曼的两个泵浦单元的发光功率调到最大值（250mw+250mw），外加信号光被OBA增益到了19dB，则在ODF输出端口的光功率为579.433mw，这个功率的光会直接烧毁尾纤截面。
○2接收端产生误码原因：
产生误码的原因是，在使用拉曼放大器时产生ASE自发辐射噪声和DRS双向瑞利散射噪声，如果功率过大会极大的放大噪声，导致信噪比降低造成对端严重误码。同时在对端OPA入口的光功率很大（产生误码时网观侧显示+12dB），则会产生RLOF告警。
2.2优调FDRA泵浦光功率过程
将拉曼的泵浦光功率以及OBA前置光放的增益调试到合适的数值过程如下。首先用标准光源即和OBA前置放大器，将尾纤截面清净后进行光路测试。在750千伏伊犁变通信机房的光纤配线架，选择12路纤芯作为测试光路（多次测量，减少系统误差）。采用标准光源连接OBA的IN口，在OBA的OUT口加入两个10dB光衰，运用网管软件测得此时OBA的OUT口的光功率是19.3dB。将OBA连接到ODF相应的光路上。在对端750千伏库车变通信机房的ODF里对应光路上连接光功率计。由于光功率计具有固有的系统误差0.5dB，在测试每一路光损耗值时，都要对光功率计通断电测试五次取平均值。通过计算可得：
拉曼放大器的增益指标调到6~10dB时，在对端RGU入口的光功率可以满足RUG入口门限值（-42dB，-14dB）。
于是在现场将OBA的增益调到10dB，将拉曼放大器中的两个泵浦分别调试到120mw，这个优调方式既不会烧毁尾纤，而且经过一定时间的网管观察，在对端传输设备没有产生误码告警。同时在网管侧测得各个光放设备和泵浦单元、遥泵增益子单元的入口和出口光功率数值皆满足厂家提供的门限要求。
3.总结
新疆超长跨距超低损光缆顺利配通，且实现首次在超低损光纤中熔接遥泵装置，同时在网管上显示的各光放设备增益值处于阈值范围内，传输设备网管上没有误码告警。伊犁变通信机房各拉曼放大器OUT端口未见尾纤烧毁情况，库车变通信机房各拉曼放大器OUT端口未见尾纤烧毁情况。证明了本文所使用改进型最坏值算法设计的遥泵最优化安装，具有其可行性和可靠性。同时根据现场实测数据优调FDRA的施工过程成功、有效，为后续研究工作提供借鉴。
参考文献
[1]张福润，徐鸿本，刘延林,机械制造技术基础[M].武昌：华中科技大学出版社，2004：288-320.
[2]孙玉清，隆刚，朱宇,加工中乙理论研究[J].大连海事大学学报，2010，26(2)：0-8.
论文作者:曾山,李光祖,李杰,李庆
论文发表刊物:《电力设备》2017年第1期
论文发表时间:2017/3/10
标签：增益论文; 功率论文; 信号论文; 放大器论文; 门限论文; 光缆论文; 单元论文; 《电力设备》2017年第1期论文;