光纖傳輸?shù)闹欣^

1、概述為了規(guī)范合理地組建光傳輸網(wǎng)，光傳輸中繼距離是前提.光傳輸中繼傳輸距離 與設(shè)備的性能、所采用的光纖性能、兩端光設(shè)備間線路傳輸?shù)倪B接器件等有關(guān)。傳 輸距離的長(zhǎng)短影響著組建光傳輸網(wǎng)靈活性、投資規(guī)模。為提高我們組建光傳輸網(wǎng)設(shè) 計(jì)的科學(xué)性，有必要對(duì)各光中繼傳輸距離進(jìn)行核算。下面將分別總結(jié)影響光傳輸中繼 距離的各種因素及計(jì)算方法。二、影響光傳輸距離因素在發(fā)送機(jī)與接收機(jī)之間影響信號(hào)傳輸距離的因素有很多，不同的物理媒介會(huì)給 信號(hào)帶來不同的影響。光纜設(shè)施從上面的示意圖看我們可以從光設(shè)備、光纜設(shè)施和光連接器三個(gè)方面考慮影響 信號(hào)傳輸距離的因素。光設(shè)備對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝庑盘?hào)的傳輸距離受限于光設(shè)備的光口類型。SD

2、H中的光接口按傳輸距離和所 用的技術(shù)可分為三種，即局內(nèi)連接、短距離局間連接和長(zhǎng)距離局間連接.為了便于應(yīng) 用，將不同的光口類型用不同的代碼（如S161）來表示：第一個(gè)字母表示應(yīng)用場(chǎng)合：I表示局內(nèi)通信；S表示近距通信；L表示長(zhǎng)距通信; V表示甚長(zhǎng)距通信；U表示超長(zhǎng)距；字母后第一個(gè)字母表示STM的等級(jí)；字母后第二個(gè)字母表示工作窗口和所用光纖類型：空白或1表示工作波長(zhǎng)是 1310nm所用光纖為G。652, 2表示工作波長(zhǎng)為1550nm所用光纖為G。652、G。654, 5表示波長(zhǎng)1550nm所用光纖為G。655。另：電接口僅限STM 1等級(jí)、PDH接口。應(yīng)用類型局內(nèi)局間短程長(zhǎng)程光源標(biāo)稱波長(zhǎng)(nm)13

3、101310155013101550光纖類型G。652G.652G.652G.652G.652G。653距離(km)2154080STM等級(jí)STM1I1S-1。1S-1。2L1。1L-1.2L1。3STM-4I-4S4.1S4。2L4.1L-4。2L4。3STM16I16S-16.1S-16。 2L-16。 1L16.2L-16.3注：表內(nèi)距離用于分類而不是用于規(guī)范光纖對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊懝庠诠饫w中傳輸，主要受到光纖的衰減及色散的影響，另外我們?cè)诠こ虒?shí)際設(shè) 計(jì)中還要考慮到兩段光纖間接頭的損耗、光通道代價(jià)、光纜富余度和高速傳輸存在 的偏振模色散(PMD)等.在光傳輸系統(tǒng)中，光纖的衰減是不可確定的因素

4、，不同廠家的光纖在不同的環(huán) 境均有不同的衰減值，不同工藝的光纖接續(xù)的衰減也不同；光纖在不同的光波長(zhǎng)傳 輸，損耗也不同的。具體的參數(shù)見有關(guān)廠家的資料及參照國(guó)家通信行業(yè)的有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。這里介紹六種典型單模光纖的性能和應(yīng)用：a.非 色 散 位 移 單 模 光 線 G.65 2 光 纖常規(guī)單模光纖的生能及應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑(um)截止波長(zhǎng) 入cc(nm)零色散波 長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù) (dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1310nm8.69.50.7入ccW1260 入cW1250 入cjW125013101310或15501310nm0.401550nm0.401310nm:01550

5、nm:17應(yīng)用 場(chǎng)合最廣泛用于數(shù)據(jù)通信和模擬圖像傳輸媒介，其缺點(diǎn)是工作波長(zhǎng)為1550nm是色散系數(shù)高達(dá) 17ps/(nmkm)阻礙了高速率、遠(yuǎn)距離通信的發(fā)展低水峰(全波)單彳模I光纖的性能及應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑(um)截止波長(zhǎng) 入cc(nm)零色散波 長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù) (dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1310nm9.30.51550nm10.50.7入ccW1260入cW1250入ciW125013001322128016251310nm:0.351550nm:0.31.550nm:0.210.25應(yīng)用 場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是工作波長(zhǎng)范圍寬，即12801625nm，故其主

6、要用于密集波分復(fù)用的城域網(wǎng) 的傳輸系統(tǒng)，它可提供120個(gè)或更多的可用信道。b.色散位移單模光纖(G.653)的性能及應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑 Cum)截止波長(zhǎng)入cc (nm)零色散 波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù) (dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1310nm：8.3入ccW1270入cW1250入cjW1270155015501550nmW0.2515251575nm:3.5應(yīng)用場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是在1550nm工作波長(zhǎng)衰減系數(shù)和色散系數(shù)均很小。它最適用于單信道幾千千 米海底系統(tǒng)和長(zhǎng)距離陸地通信干線。但用于波分復(fù)用信號(hào)傳輸系統(tǒng)時(shí)存在問題。c。截止波長(zhǎng)位移單模光纖(G.654 )的性能及

7、應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑 (um)截止波長(zhǎng)入cc(nm)零色散 波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù) (dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1550nm：10.5入ccW15301350入c1600131015501550nm:W0.201500nm:20應(yīng)用場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是在1550nm工作波長(zhǎng)衰減系數(shù)極小。其彎曲性能好。它主要用于遠(yuǎn)距離 無需插入有源器件的中繼海底光纖通信系統(tǒng)，其缺點(diǎn)是制造困難，價(jià)格昂貴。d.非零色散位移單模光纖(G.655 )的性能及應(yīng)用性能模場(chǎng)直徑 (um)截止波長(zhǎng)入cc (nm)零色散波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1550

8、nm：8110.7入ccW1480入cW1470入ciW148015301565153015651550nm:0.251625nm:0.300.1W|D|W10應(yīng)用場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是在1550nm工作 得其能用在EDFA和波分復(fù)用結(jié)合f皮長(zhǎng)處有一低也傳輸速率在的色散，保證抑制FWM等非色f 10Gbit/s以上的 WDM 和DWDM 的散線性效應(yīng)，使 高速傳輸系統(tǒng)中e。色散平天坦單模光纖F的性能及應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑 (um)截止波長(zhǎng) 入cc(nm)零色散波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1310nm：812701310和155013101550131

9、0nm0.251550nm0.301310nm:01550nm：111550nm:0應(yīng)用場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是在13101550nm工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)低色散。但其折射率剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜， 制造難度大，尤其是該光纖的衰減大，離實(shí)用距離很遠(yuǎn)。f。色散補(bǔ)，償單模光纖的性能及應(yīng)用：性能模場(chǎng)直徑(5)截止波長(zhǎng) 入cc(nm)零色散波長(zhǎng)工作波長(zhǎng)最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nmkm)要求值1550nm：6155015501550nm:1.001550nm:-80-150應(yīng)用場(chǎng)合這種光纖的優(yōu)點(diǎn)是在1550nm工作波長(zhǎng)范圍內(nèi)有很大的負(fù)色散，其主要用作G.652光纖工作 波長(zhǎng)由1310nm擴(kuò)容升級(jí)至15

10、50nm的進(jìn)行色散補(bǔ)償。光連接器對(duì)信號(hào)傳輸?shù)挠绊慡、R點(diǎn)間其他連接器損耗，如ODF等FC型平均08dB/個(gè)，PC型平均0.5dB/ 個(gè)，一般取2*0。5三、光傳輸距離計(jì)算方法在光傳輸系統(tǒng)中，在已選好的光纖類型上開通光傳輸系統(tǒng)，傳輸距離將受到損 耗和色散兩種因素的影響及設(shè)備的有關(guān)性能影響.在每個(gè)中繼段中，需要進(jìn)行光功率預(yù)算，在允許的范圍內(nèi)選用合適的光接口板 類型。1. SDH的光傳輸距離計(jì)算方法在SDH光傳輸中，目前，ITU-T已經(jīng)在G.652、G。653、G。654和G。655中分 別定義了 4種不同設(shè)計(jì)的單模光纖。其中G652光纖就是目前廣泛使用的單模光纖， 稱為1310nm波長(zhǎng)性能最佳的單

11、模光纖,它可以應(yīng)用在1310 nm和1550nm兩個(gè)波長(zhǎng) 區(qū);G 653光纖稱為1550nm波長(zhǎng)性能最佳的單模光纖，主要應(yīng)用于1550nm工作波長(zhǎng) 區(qū)；G.654光纖稱為截止波長(zhǎng)移位單模光纖，主要應(yīng)用于需要很長(zhǎng)再生段距離的海 底光纖通信；G。655光纖是非零色散移位單模光纖，適于密集波分復(fù)用(DWDM)系統(tǒng) 應(yīng)用。根據(jù)工程的具體情況，在本地網(wǎng)建光傳輸建議全部使用符合G.652建議的光纖， 并根據(jù)不同的敷設(shè)方式選擇不同程式的光纜.如選用符合G。655建議的光纜，應(yīng)能 滿足1310nm窗口傳輸?shù)囊?選定了光纖的類型，在進(jìn)行光傳輸中繼段距離預(yù)算計(jì)算時(shí)，必需考慮衰減受限 距離及色散受限距離，為保證能

12、滿足最壞情況要求，選擇兩者之中較小值作為可用 傳輸距離。1.1衰減限制衰減限制中繼段長(zhǎng)度預(yù)算L= ( PsPrAcPp Mc) / ( Af+As )Ps-平均發(fā)射功率Pr 最小靈敏度Pp一光通道代價(jià)，也就是設(shè)備富余度.由于設(shè)備時(shí)間效應(yīng)(設(shè)備的老化)和溫 度因素對(duì)設(shè)備性能影響所需的余量，也包括注入光功率、光接受靈敏度 和連接器等性能劣化，一般取1dB或2dBAc 一連接器衰減和，包含S和R點(diǎn)間除設(shè)備連接器C以外的其它連接器(如 ODF等)衰減，如ODF等FC型平均0。8dB/個(gè)，PC型平均0。5dB/個(gè),一 般取2*0.5Af 光纖衰減系數(shù)(在1310nm中取0。36dB/km，在1550nm

13、中取0。22dB/km)MC 線路富余度，可取0。05-01dB/km，在一個(gè)中繼段內(nèi)，光纜富裕度不 宜超過5dB. 一般預(yù)算距離小于30km時(shí)取0.1dB/km，大于30km時(shí)取3dB (注：當(dāng) MC取0.1dB/km時(shí)預(yù)算公式改為 L= (Ps PrAcPp) / (Af+As+Mc)As 一光纖接頭平均衰減(活接頭取0.5dB/個(gè)，死接頭取0。08dB/個(gè))注：上面計(jì)算中繼段距離的取值，僅作為參考為了滿足衰減限制可通過下面方法求得：最長(zhǎng)限制傳輸距離Ps取最小平均發(fā)射功率，Pr取光口最小接收靈敏度，得出長(zhǎng)限制距離L。最短限制傳輸距離Ps取最大平均發(fā)射功率，Pr取光口接收過載功率，Mc取0,

14、得出短限制 距離1。1.2 色散限制色散限制的中繼段長(zhǎng)度Ld= Dmax/ | D |Dmax:光傳輸收發(fā)兩點(diǎn)間的允許的最大色散值；|D|：光纖色散系數(shù)，在G。652光纖中1310nm取3.5Ps/nm。km，在1550nm取 18Ps/nm.km。中繼段范圍：lmin （L,Ld）.1.3 偏振模色散（PMD）受限系統(tǒng)偏振模色散受限距離的計(jì)算和解決方法：L= （Pt/P） 2其中：Pt指光口的PMD容限（對(duì)于10Gb/s信號(hào),Pt=10ps=（1/A） 1/2）A為系統(tǒng)速率（Tb/s） ）,P為光纜實(shí)際測(cè)試的PMD值。例如某段光纖PMD值為1。2ps/km1/2,那么對(duì)于10G系統(tǒng)來說：PM

15、D 受限距離二（10/1。2） 2=69.44kmo2. WDM的光傳輸距離計(jì)算方法隨著技術(shù)的進(jìn)展，及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長(zhǎng)，通信業(yè)務(wù)的迅速增長(zhǎng)，在通信行業(yè) 中，越來越多的光傳輸采用了波分復(fù)用（WDM）。在波分復(fù)用中，要增加傳輸中繼距 離，主要是克服光纖對(duì)光波信號(hào)的衰減或由光纖引起的色散影響。（1）規(guī)則設(shè)計(jì)法（稱固定衰耗法）：得用色散受限式公式1及保證系統(tǒng)信噪比的衰 耗受限式公式2,分別計(jì)算這二式，取其較小值。此方法適用段落比較均勻的 情況.L1- H - c / 4- （ - ；j 小式公式1中：L為色散受限的再生段長(zhǎng)度Dsys為MPIS MPIR之間光通道允許的最大色散值（ps/nm）1D1為

16、光纖色散系數(shù)（ps/nm。km）公式2中：L為保證信噪比的衰減受限的再生段長(zhǎng)度（km）n為WDM系統(tǒng)應(yīng)用的應(yīng)用代碼所限制的光放段數(shù)量Aapan為最大光放段衰耗。其值應(yīng)小于并等于WDM系統(tǒng)采用的應(yīng)用代碼所限制的段落衰減（dB）Ac為MPI-S, R點(diǎn)或S，R或S，MPIR之間所有連接器衰減之和（dB）Af為光纖衰減常數(shù)（dB/km）Amc光線路維護(hù)每公里余量（dB/km）（2）簡(jiǎn)易的信噪比計(jì)算方法：光規(guī)剛設(shè)計(jì)法不能滿足實(shí)際應(yīng)用的要求時(shí)，可采用 色散受限式（公式1）及簡(jiǎn)易的信噪比計(jì)算式（公式3）進(jìn)行系統(tǒng)設(shè)計(jì)，即利 用保證色散受限和系統(tǒng)的信噪比來確定再生段/光放段的長(zhǎng)度。此方法適用光 放段衰耗差別不

17、太大的情況。OSNR =58+Ptot I M-NfAspan-101gN（公式 3）NOSNRn為N個(gè)光放段后的每通路光信噪比（dB）M為通路數(shù)量Ptot I M為每通路的平均輸出功率（dBm）Nf為光放大器的噪聲系數(shù)Aspan為最大光放段損耗（dB）在信噪比（OSNR）的計(jì)算中，取光濾波器帶寬0.1nm，在每個(gè)光放段R點(diǎn)及MPIR點(diǎn)的各個(gè)通路的OSNR大于22dB的情況下，由光放段損耗來決定光放段的長(zhǎng) 度，也可確定通過幾個(gè)OA級(jí)聯(lián)的再生段長(zhǎng)度。（3）專用系統(tǒng)計(jì)算工具計(jì)算：在上述兩種均不能滿足系統(tǒng)OSNR的情況下,要采用專用系統(tǒng)計(jì)算OSNR來確定。上面有關(guān)公式的一些取值，請(qǐng)參見中華人民共和國(guó)通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)（長(zhǎng)途光纜波分復(fù)用（WDM）傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)暫行規(guī)定）及設(shè)備廠家的參數(shù)。四、設(shè)計(jì)需要注意的問題（1）光口板的選擇在組建傳輸中，要考慮到光口板接收功率、發(fā)射功率的上限值及下限值，根據(jù)不同路由長(zhǎng)度，選擇適當(dāng)?shù)墓饪诎孱愋停ň謨?nèi)、短距離、長(zhǎng)距離、超長(zhǎng)距離）。在設(shè)計(jì)中，選用不同類型光口板時(shí)，在通過計(jì)算其最大的傳輸距離，不能滿足 需要時(shí)，需要增加光衰減或光功率放大器。在局內(nèi)的光設(shè)備組網(wǎng)（或傳輸距離較近）， 一般選用局內(nèi)通信用的光口