遥泵远程增益单元RGU在工程中的应用分析

梁昌奇

【摘要】：遥泵放大技术在超长距光传输系统中正逐渐广泛应用，为使遥泵系统长期稳定工作，遥泵远程增益单元RGU（以下简称RGU）的位置选择至关重要；本文结合原理和工程案例，提出RGU的选点及配置方法，确保遥泵放大系统的运行可靠性。

【关键词】：超长距、泵浦源、RGU

引言

近年来，随着特高压交、直流线路建设的不断增加，其站点间相距几百Km至几千Km，同时，随着智能电网数字业务对传输带宽需求不断提高，OTN骨干传送网建设对于部分长距或超长距站点传送指标的需求，超长距光传输建设变得越发迫切，遥泵放大系统的应用将变得更加广泛。

本文结合遥泵系统工作理论和工程实践，对遥泵放大系统中RGU应用容易忽略的几个方面进行分析，总结经验，为同业人员在今后遥泵放大系统建设工作中，提出RGU的位置选择方法和配置参考。

1、遥泵放大系统构成

一个完整的遥泵系统由一个RGU和一个RPU(远端泵浦单元)所组成。系统示意图参见图1。遥泵方式是将高功率泵浦激光器放在信号的终端(发送端或接收端),将泵浦光源传输到设置在线路远端的RGU中,利用EDF(掺铒光纤)中铒离子能级的跃迁,实现对信号光的放大，根据泵浦方式的不同,泵浦放大系统可以分为同纤泵浦与异纤泵浦两类。泵浦光和信号光在同一根纤芯中传输称为同纤遥泵,在不同的纤芯中传输异纤遥泵^[1]。

图1遥泵系统示意图

2、RGU工作原理

掺铒光纤是光纤放大器的核心，它是一种内部掺有一定浓度 Er3+的光纤，铒离子的外层电子具有三能级结构（图 2 中 E1、E2 和 E3），其中 E1 是基态能级，E2 是亚稳态能级，E3 是高能级。

图2铒离子外层电子能级结构示意图

遥泵放大系统中光传输信号放大是通过1550nm波段的信号光在掺铒光纤中传输与Er3+离子相互作用产生的。在掺铒光纤中注入足够强的泵浦光，就可以将大部分处于基态的Er3+离子抽运到激发态上，处于激发态的Er3+离子又迅速无辐射地转移到亚稳态上。由于Er3+离子在亚稳态上能级寿命较长，因此，很容易在亚稳态与基态之间形成粒子数反转，即处于亚稳态的Er3+粒子数比处于基态的Er3+粒子数多。当信号光子通过掺铒光纤，与Er3+离子相互作用发生受激辐射效应，产生大量与自身完全相同的光子，这时通过掺铒光纤传输的信号光子迅速增多，产生信号放大作用。只有少数处于基态的Er3+离子对信号光子产生受激吸收效应,吸收光子。

遥泵放大系统中掺铒光纤作为RGU核心部件，光缆线路上RGU的安装位置必须保证泵浦光有足够的能量激发RGU掺铒光纤中的铒离子。

3、遥泵放大系统在工程实例中的应用分析

南网主干新增OTN传输系统工程中，某A、B两站光缆全长227.5km，在提高光信号放大性能方面，两站间采用异纤反向泵浦放大系统，RGU采用主备配置接入（图3），光路设计泵浦源发送功率最大可调32dBm（1480nm），RGU输入泵浦光功率最低为10dBm，使用OPGW光缆中普通G652纤芯进行传输，光缆综合衰耗0.21~0.25db/km（1550nm）。

图3 异纤反向泵浦放大系统

工程初期，为尽可能发挥遥泵系统放大优势，考虑以常规光缆综合衰耗0.21db/km（1550nm）计算，按泵浦源发光32dBm，RGU收光10dBm设计选点，泵浦源至RGU距离最大为（32-10）/0.21=104.76km，在距离泵浦源100km位置附近选取熔接头安装RGU，将遥泵系统和传输系统接入调试，发现RGU泵浦收光仅约4.0dBm，明显低于RGU最低10dBm要求，选点不成功；后通过OTDR实测衰耗曲线对比分析，在确保预留2dB余量情况下，将泵浦源调整至发光30dBm，30-10=20dB，从OTDR实测曲线中找到20dB累计衰耗位置（距离站端约78km），泵浦光波长1480nm传输衰耗增加0.02dB/km进行修正，20-（78x0.02）=18.44dB，找到OTDR实测曲线18.44dB位置（距离站端约72km），最终确定在距离B站71km和A站69km熔接盒处安装RGU，使用光功率计安装位置测量到泵浦光信号约10dBm，将遥泵系统和传输系统接入调试，OTN系统光路正常通信。

上述工程施工实施中，RGU安装位置在光缆线路上未能一次性成功，一方面影响工程进度，另一方面增加了原光缆线路已有主干光路业务运行方式的临时调整次数和时间，对主干光缆网的可靠运行带来风险。

本文结合工程应用实际，为了遥泵系统长期稳定运行和RGU安装位置一次性选点成功，从以下几点进行分析总结，提出遥泵放大系统中RGU选点方法和主备配置建议：

1）使用OTDR实测光缆线路衰耗选点更方便准确。光缆线路建成初期，常规G652综合衰耗在0.2-0.21dB/km（1550nm），投运后光缆网络结构存在调整情况，工程π接和部分故障光缆更换，纤芯差异导致局部熔接损耗偏大，局部光缆段平均衰耗甚至超过0.25dB/km（1550nm）。另外随着超低损光缆应用，综合衰耗约0.18dB/km（1550nm），与常规光缆对接使用，光缆平均衰耗更难准确反映局部光缆的真正衰耗水平，使用光缆平均综合损耗计算的泵浦源至RGU选点位置损耗与实际偏差较大，工程中，采用OTDR实测，更能准确反映当前光缆纤芯实际衰耗情况，通过在泵浦源站端测试的光缆衰耗反射曲线，更加方便准确定位RGU选点位置。

2）根据G652光纤光损耗特性曲线图，图4，泵浦光信号波长为1480nm，其在光纤中的传输损耗比1550nm大。常规OTDR仪表基本无1480nm测试模块，可以采用1550nm进行测试后进行修正，在1550nm衰耗基础上再增加约0.02dB/km换算。

图4 G652光纤光损耗特性曲线图

3）遥泵放大系统预留2dB-3dB传输余量。遥泵放大系统投运后，考虑光源长期运行功率下降和光缆纤芯衰耗逐渐增大的因素，在确定泵浦光源与RGU间光缆最佳衰耗值时，应预留2-3dB余量，确保泵浦系统的长期稳定工作。

4）RGU配置主备光路。光缆线路运行中一旦遥泵系统单根纤芯衰耗异常增大或中断，导致系统工作异常，OPGW光缆检修受停电、环境、天气影响较大，故障纤芯难以得到快速修复，通过配置RGU主备光路，可以在站端调整纤芯实现快速恢复遥泵放大系统，后期具备修复故障纤芯条件时再安排检修。

基于上述分析，总结出新建泵浦放大系统工程RGU选点步骤。首先，确定泵浦光发功率Pp，RUG最佳接收泵浦光功率Ps，并为系统预留3dB余量；第二，使用OTDR从泵浦源端测试出1550nm波长光缆衰耗曲线，查找到累计衰耗为Pp-Ps-3位置，记下该位置光缆长度为L；第三，修正G652光纤中1480nm（泵浦源发光波长）传输损耗比1550nm波长增加约0.02dB/km衰耗因素，在光缆衰耗曲线上查找到累计衰耗为(Pp-Ps-3)-(Lx0.02)位置，记下该位置光缆长度为L1；最后，核实距离泵浦端L1光缆长度对应输电线路位置，选择靠近泵浦源端光缆熔接盒位置安装RGU。

4、结束语

泵浦放大系统在工程中前期设计后，在实施时难免存在误差，本文根据泵浦系统传输理论，结合工程实际，充分考虑光缆长期运行存在损耗增加的变量，在实施RGU安装选点时，以OTDR测试衰耗曲线为依据，通过实测衰耗进行选点，更能快捷、准确的将遥泵放大系统放大性能调试在最佳状态；同时考虑RGU故障后难以及时处理情况，建议在光缆线路上采取主备RGU配置建设，提高泵浦系统可靠性。

参考文献：

[1]王辉,王琴,张勇.电力超长距离光纤通信遥泵放大系统设计[J].光通信研究, 2014, 40(6)

作者简介：梁昌奇（1975-10），男，贵州兴义人，大专，工程师，主要从事电力信息通信系统运行和维护工作。