劉 娜，冷 淼

(1.中國能源建設集團遼寧電力勘測設計院有限公司，遼寧 沈陽 110179；2.沈陽城市建設學院，遼寧 沈陽 110167)

近年來隨著國家電網(wǎng)有限公司對“新基建”工程的投入，出現(xiàn)了越來越多跨省際、超長距離的光纖通信電路。這些超長距離無中繼的通信電路，由于傳輸距離遠，傳輸信號衰減現(xiàn)象比較嚴重。而應用多種光放器件影響傳輸通道OSNR(Optical Signal Noise Ratio，光信噪比)值[1]，影響信號正常傳輸。FEC(Forward Error Correction,前向糾錯)技術(shù)一方面為傳輸通道提供功率增益[2]；另一方面改善傳輸通道OSNR，延長信號的傳輸距離。

1 FEC技術(shù)概述

在超長距離傳輸系統(tǒng)中，為了提高信號的傳輸距離，可以采用2種措施：①提高信號的發(fā)送功率和接收靈敏度，增大信號的功率增益值；②采用差錯控制減小信號在傳輸通道中發(fā)生的形變，提高傳輸通道OSNR。對于前一種措施常常采用BA(Booster Amplifie,功率放大器)、PA(Pre Amplifier，前置放大器 )、RFA(Raman Fiber Amplifier，拉曼光纖放大器)等技術(shù)解決[3]；而后一種措施主要通過FEC技術(shù)來實現(xiàn)。

1.1 FEC技術(shù)特點

FEC技術(shù)是通過發(fā)送端發(fā)送具有糾錯能力的編碼，接收端根據(jù)編碼規(guī)律發(fā)現(xiàn)錯誤編碼并自動糾正的過程[4]。應用FEC技術(shù)可以使傳輸通道BER(Bit Error Rate，誤碼率)大大降低，從而提高傳輸通道OSNR;通過編碼糾錯過程，提高系統(tǒng)增益值，增大信號的傳輸距離。FEC技術(shù)不需要反饋信道，譯碼延時固定，適用于實時性的傳輸系統(tǒng)。

FEC技術(shù)分為帶內(nèi)編碼和帶外編碼2種。帶內(nèi)編碼就是利用標準幀結(jié)構(gòu)中專用或空閑的碼元開銷字節(jié)作為糾錯編碼字節(jié)進行編碼，這種編碼方式由于不增加其他額外帶寬，使校驗碼位數(shù)有限，限制FEC技術(shù)的糾錯能力；帶外編碼需要增加一部分系統(tǒng)的額外帶寬，將前向糾錯冗余字節(jié)裝載到標準幀外，具有較強的靈活性，增強了FEC技術(shù)的糾錯能力，在實際工程中廣泛被應用。

1.2 FEC技術(shù)處理信號的過程

信號在光纖傳輸系統(tǒng)中傳輸過程如圖1所示。信號首先經(jīng)過發(fā)送端處理為適合線路傳輸?shù)?550 nm光信號，通過光電轉(zhuǎn)換為電脈沖信號，通過FEC編碼器在電脈沖信號上增加校驗位；然后經(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換為光脈沖信號[5]，經(jīng)過BA提高信號的發(fā)送功率，增加在光纖上傳輸?shù)木嚯x。在接收端，信號首先經(jīng)過PA增加接收端靈敏度，從而提高系統(tǒng)增益；然后經(jīng)過光/電轉(zhuǎn)換為電脈沖，經(jīng)過FEC解碼器對信號進行檢測和糾錯；最后經(jīng)過電/光轉(zhuǎn)換為光信號還原客戶信號。

圖1 FEC技術(shù)處理信號傳輸?shù)倪^程

1.3 FEC技術(shù)貢獻指標

工程中采用普通型FEC技術(shù)對整個光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生貢獻為8 dBm，采用增強型FEC技術(shù)對整個光纖傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生貢獻為10 dBm。

單通道光纖傳輸系統(tǒng)接收端OSNR在滿足系統(tǒng)誤碼率BER≤10-12的情況下，不采用FEC技術(shù)時，OSNR>20 dB;采用FEC技術(shù)時，OSNR>12 dB。

2 線路保護通道要求

2.1 對傳輸時延的要求

光纖通道具有不受電磁干擾及電線故障影響等優(yōu)點，已經(jīng)成為線路保護通道的首選方式。對于220 kV及以上電壓等級的線路保護，一般采用2套線路保護裝置，每套線路保護采用2個不同路由的光纖通道。光纖通道的傳輸時間直接影響線路保護裝置的動作時間，根據(jù)線路保護的工作方式不同，分為光纖差動保護和允許式保護2種。

采用光纖差動保護方式時，直達通道的傳輸時間要求不大于5 ms，迂回通道的傳輸時間要求不大于12 ms；采用允許式保護時，直達通道的傳輸時間要求不大于5 ms，迂回通道的傳輸時間要求不大于15 ms[6]。

2.2 影響時延的因素

線路保護通道按照傳輸?shù)奶攸c可以分為光纖專用通道和復用光纖通道2種。光纖專用通道不需要光電轉(zhuǎn)換接口設備，線路保護裝置直接與光纖相連。光纖專用通道設備連接如圖2所示。

圖2 光纖專用通道設備連接

由于專用光纖通道線路保護裝置直接與光纖進行連接，通道時延主要是光信號在光纖中的傳輸時間。其通道時延為

(1)

式中：Td為光纖直達通道時延；n為光纖的折射率(1.48)；L為光纖線路的長度，km；C為光信號傳播速度(3×105km/s)。

由式(1)可以看出，每km光纖線路延時為4.93 μs，在工程應用中一般按5 μs估算[7]。由于線路保護裝置的光模塊受到傳輸距離限制，目前各個廠家的光模塊支持的最大傳輸距離不超過100 km[8]。專用光纖通道的最大傳輸時延為Td=0.5 ms。復用光纖通道的傳輸速率為2 Mbit/s或64 kbit/s，隨著線路保護裝置不斷改進，目前復用光纖通道的速率主要考慮2 Mbit/s的方式。根據(jù)此種接入形式，信號在傳輸過程中需要完成光-電-光的轉(zhuǎn)換過程，即線路保護裝置發(fā)出光信號經(jīng)過通信接口柜轉(zhuǎn)換為2M電信號，2M電信號經(jīng)過光纖傳輸裝置轉(zhuǎn)換為光信號傳輸。接收端信號經(jīng)過光傳輸裝置進行光電轉(zhuǎn)換為2M電信號，2M電信號經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換為光信號送至線路保護裝置。復用光纖通道設備連接如圖3所示。

圖3 復用光纖通道設備連接

該種傳輸方式下通道時延由3部分構(gòu)成：信號在光纖中的傳輸時間；信號通過光傳輸裝置之間的時間；信號在光傳輸裝置中進行上下業(yè)務的時間。通道時延為T=Td+TSDH+Te=5L+50N+60×2。 其中：Td為信號在光纖線路中的傳輸時延；TSDH為信號在SDH群路中的傳輸時延；Te為信號在2M電路中的傳輸時延；N為電路經(jīng)過SDH網(wǎng)元的數(shù)量；L為光纖線路的長度，km。

信號在每套SDH群路中的時延為50 μs，在2M電路中每臺裝置傳輸時延為60 μs[9]。由于光傳輸裝置各個廠家參數(shù)不一致，根據(jù)《電力系統(tǒng)同步數(shù)字系列(SDH)光纜通信工程設計技術(shù)規(guī)定》相關(guān)內(nèi)容，上述參數(shù)為保守值。

2.3 FEC技術(shù)對線路保護通道的時延

由于FEC技術(shù)在傳輸過程中采用光-電-光轉(zhuǎn)換技術(shù)，增加了對信號的編碼和解碼的時間，使信號在傳輸過程中產(chǎn)生時延。所以信號經(jīng)過FEC裝置的時延為T=Td+TSDH+Te=5L+50N+60×2+200M。其中：M為光傳輸電路FEC裝置的數(shù)量。根據(jù)FEC裝置廠家提供的資料，信號經(jīng)過FEC裝置的時延一般不超過0.2 ms[10]，取保守值。時延大于經(jīng)過SDH設備和上下業(yè)務的時延。

3 時延計算

某地區(qū)有500 kV電站A、B、C、D、E、F、G，計算變電站A、B之間的線路保護通道時延。

變電站A、B、C、D、E、F、G之間均架設OPGW光纜，纖芯類型為G.652單模光纖；7座變電站組成SDH 2.5G光環(huán)網(wǎng)。光纖電路建設方案如圖4所示。

圖4 光纖電路建設方案

變電站A至變電站B的線路保護通道采用雙通道配置，由于直達路由超過100 km，2條通道均采用復用光纖通道，速率為2 Mbit/s。通道的組織：通道一為變電站A-B直達光路；通道二為變電站A-G-F-E-D-C-B-A迂回光路。

a.在不考慮FEC技術(shù)的情況下，通道時延計算：直達通道時延為T=1.41 ms；迂回通道時延為T=6.35 ms。

b.在考慮FEC技術(shù)的情況下，通道時延計算：直達通道延時為T=1.91 ms；迂回通道時延為T=7.25 ms。

該工程實際投產(chǎn)后，經(jīng)過實際測量通道時延與理論計算值基本吻合。A站至B站的直達通道時延為1.87 ms，A站至B站的迂回通道時延為7.69 ms。

由上述實例可以得出,對于復用光纖通道，直達通道中繼距離在400 km之內(nèi)時，考慮FEC技術(shù)和不考慮FEC技術(shù)時通道時延相差約0.5 ms；迂回通道中繼距離在1500 km之內(nèi)時(大多數(shù)中繼段都在300 km以內(nèi)，通道節(jié)點數(shù)量不超過5個)，考慮FEC技術(shù)和不考慮FEC技術(shù)時通道時延相差約1 ms。根據(jù)線路保護通道對光纖時延要求，通道時延都在ms級別，因此采用FEC技術(shù)對線路保護通道時延有一定影響。對于光纖保護的迂回通道，當采用FEC技術(shù)數(shù)量M超過10個及以上時(通道5個及以上節(jié)點均采用FEC技術(shù))，保護通道時延可能不滿足12 ms時延要求。

4 結(jié)束語

220 kV及以上電壓等級的線路保護通道主要以光纖差動保護方式為主。當光纖保護通道為復用2M通道經(jīng)過多點迂回時，除了考慮光纖線路的時延、群路與群路之間的時延以及群路與支路之間的時延以外，如果光纖線路采用FEC技術(shù)，在計算2M迂回通道時延的過程中，還應該根據(jù)FEC裝置配置的數(shù)量綜合考慮對光纖線路保護通道的時延。