NEW光傳輸中繼距離

1、概述光傳輸中繼傳輸距離為了規(guī)范合理地組建光傳輸網(wǎng)，光傳輸中繼距離是前提。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) 計的科學性，有必要對各光中繼傳輸距離進行核算。下面將分別總結(jié)影響光傳輸中 繼距離的各種因素及計算方法。不同的物理媒介會給影響光傳輸距離因素在發(fā)送機與接收機之間影響信號傳輸距離的因素有很多,信號帶來不同的影響。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)施和光連接器三個方面考慮影響信號傳輸距離的因素。1.光設(shè)備對信號傳輸?shù)挠绊懝庑盘柕膫鬏斁嚯x受限于光設(shè)備的光口類型。SDH中的

2、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 S-16.1 ）來表示:第一個字母表示應(yīng)用場合：I表示局內(nèi)通信；S表示近距通信；L表示長距通信;V表示甚長距通信；U表示超長距;字母后第一個字母表示STM的等級;1表示工作波長是字母后第二個字母表示工作窗口和所用光纖類型：空白或1310nm所用光纖為G.652, 2表示工作波長為1550nm所用光纖為G.652、G.654, 5表示波長1550nm所用光纖為G.655。另：電接口僅限STM-1等級、PDHS口。應(yīng)用類型局內(nèi)局間短程長程光源標稱波長(nm13101

3、310155013101550光纖類型G.652G.652G.652G.652G.652G.653距離(km<2154080STM等 級STM-11-1S-1.1S-1.2L-1.1L-1.2L-1.3STM-4I-4S-4.1S-4.21-4.11-4.21-4.3STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.32.光纖對信號傳輸?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，另外我們在工程實際設(shè) 計中還要考慮到兩段光纖間接頭的損耗、光通道代價、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，不同廠家的

4、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家通信行業(yè)的有關(guān)標準。這里介紹六種典型單模光纖的性能和應(yīng)用:a.常規(guī)單模光纖的性能及應(yīng)用：性能模場直徑(卩m截止波長 入 CC (nm)零色散波 長工作波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nm - km)要求值1310 nm8.6 9.5 士 0.7入 CC<1260入 c< 1250入 cj < 125013101310或 15501310 nm <0.401550 nm <0.401310 nm:01550

5、nm:17應(yīng)用 場合最廣泛用于數(shù)據(jù)通信和模擬圖像傳輸媒介，其缺點是工作波長為1550nn是色散系數(shù)高達17pS/(nm - km)阻礙了高速率、遠距離通信的發(fā)展低水峰(全波)單模光纖的性能及應(yīng)用：性能模場直徑(卩m截止波長 入 CC (nm)零色散波 長工作波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù) (ps/(nm - km)要求值1310nm9.3士 0.51550nm10.5士 0.7入 CC<1260入 C< 1250入 Cj < 125013001322128016251310 nm:0.351550 nm:0.311550nm :0.21 0.25應(yīng)用 場合這種光纖

6、的優(yōu)點是工作波長范圍寬，即12801625nm故其主要用于密集波分復(fù)用的城域 網(wǎng)的傳輸系統(tǒng)，它可提供120個或更多的可用信道。非2 光 纖b.色散位移單模光纖(G.653)的性能及應(yīng)用：性能模場直徑 (卩m截止波長入cc(n m)零色散 波長工作波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù)(ps/(nm - km)要求值1310nm 8.3入 cc<1270 入 c< 1250入 cj < 1270155015501550 nmc 0.2515251575nm 35應(yīng)用 場合這種光纖的優(yōu)點是在155 Onn工作波長衰減系數(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

7、距離陸地通信干線。但用于波分復(fù)用信號傳輸系統(tǒng)時存在問題。c.截止波長位移單模光纖(G.654)的性能及應(yīng)用：性能模場直徑 (卩m截止波長入cc (nm)零色散 波長工作 波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù) (Ps/(nm - km)要求值1550 nm 10.5入 cc< 15301350V 入 c<1600131015501550nmW 0.201500nm:20應(yīng)用 場合這種光纖的優(yōu)點是在1550 nn工作波長衰減系數(shù)極小。其彎曲性能好。它主要用于遠距離 無需插入有源器件的中繼海底光纖通信系統(tǒng)，其缺點是制造困難，價格昂貴。d.非零色散位移單模光纖(G.655)的性能及應(yīng)

8、用性能模場直徑(卩m截止波長入cc(n m)零色散波長工作波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù) (Ps/(nm - km)要求值1550nm811± 0.7入 cc<1480入 c< 1470入 cj < 148015301565153015651550 nm:0.251625nm:0.300.1 < |D| < 10應(yīng)用 場合這種光纖的優(yōu)點是在 1550 nm工作波長處有一1低的色散,保證抑帀U FW等非色散線性效應(yīng)，使 得其能用在EDFA口波分復(fù)用結(jié)合的傳輸速率在10Gbit/s以上的WD和DWD的高速傳輸系統(tǒng)中e.色散平坦單模光纖的性能及應(yīng)用

9、：性能模場直徑(卩m)截止波長 入 cc (nm)零色散波長工作波長最大衰減系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù) (Ps/(nm - km)1310nm 8< 12701310和 1550131015501310 nmc 0.251310 nm:0要求值1550nm 111550 nmc 0.301550 nm:0應(yīng)用 場合這種光纖的優(yōu)點是在13101550 nmT作波長范圍內(nèi)低色散。 制造難度大，尤其是該光纖的衰減大，離實用距離很遠。但其折射率剖面結(jié)構(gòu)復(fù)雜，f.3.光連接器對信號傳輸?shù)挠绊懮⒀a償單模光纖的性能及應(yīng)用：性能模場直徑 (卩m截止波長 入 CC (nm)零色散波長工作波長最大衰減

10、系數(shù)(dB/km)最大色散系數(shù) (Ps/(nm - km)要求值1550nm 6< 1260>155015501550nmW 1.001550nm:'-80 -150應(yīng)用 場合這種光纖的優(yōu)點是在1550nn工作波長范圍內(nèi)有很大的負色散，其主要用作 G.652光纖工作 波長由1310 nn擴容升級至1550nnt勺進行色散補償。S、R點間其他連接器損耗，如 ODF等FC型平均0.8dB/個，PC型平均0.5dB/個,一般取2*0.5光傳輸距離計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。在每個中繼段中

11、，需要進行光功率預(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)計的單模光纖。其中 G.652光纖就是目前廣泛使用的單模光纖,稱為1310nm波長性能最佳的單模光纖,它可以應(yīng)用在1310nm和1550nm兩個波長 區(qū);G.653光纖稱為1550nm波長性能最佳的單模光纖,主要應(yīng)用于1550nm工作波長 區(qū)；G.654光纖稱為截止波長移位單模光纖，主要應(yīng)用于需要很長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)

12、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1310 nm窗口傳輸?shù)囊?。選定了光纖的類型，在進行光傳輸中繼段距離預(yù)算計算時，必需考慮衰減受限距離及色散受限距離，為保證能滿足最壞情況要求，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度預(yù)算L= (Ps-Pr-Ac-Pp- Mc) / (Af+As)Ps平均發(fā)射功率Pr 最小靈敏度Pp 光通道代價，也就是設(shè)備富余度。由于設(shè)備時間效應(yīng)(設(shè)備的老化)和溫度因素對設(shè)備性能影響所需的余量，也包括注入光功率、光接受

13、靈敏度和連接器等性能劣化，一般取1dB或2dBAc 連接器衰減和，包含S和R點間除設(shè)備連接器C以外的其它連接器(如ODF等)衰減，女口ODF等 FC型平均0.8dB/個，PC型平均0.5dB/個,般取 2*0.5Af 光纖衰減系數(shù)(在1310nm中取 0.36dB/km，在 1550nm中取 0.22dB/km)MC 線路富余度，可取0.05-0.1dB/km ，在一個中繼段內(nèi)，光纜富裕度不宜超過5dB.一般預(yù)算距離小于 30km時取0.1dB/km，大于30km時取3dB(注：當 MO 0.1dB/km 時預(yù)算公式改為 L= (Ps-Pr-Ac-Pp) / (Af+As+Mc)As 光纖接頭

14、平均衰減(活接頭取 0.5dB/個，死接頭取 注:上面計算中繼段距離的取值，僅作為參考0.08dB/ 個)為了滿足衰減限制可通過下面方法求得：(1) 最長限制傳輸距離Ps取最小平均發(fā)射功率，Pr取光口最小接收靈敏度, (2) 最短限制傳輸距離得出長限制距離 L。Ps取最大平均發(fā)射功率，Pr取光口接收過載功率,Me取0,得出短限制距離 l 。1.2 色散限制色散限制的中繼段長度Ld= Dmax/ | D |Dmax光傳輸收發(fā)兩點間的允許的最大色散值;I 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：Imin（L,

15、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算和解決方法：L=（ Pt/P）2其中：Pt指光口的PMD容限（對于10Gb/s信號,Pt=10ps =（ 1/A） 1/2 ）A為系統(tǒng)速率（Tb/s ） ） , P為光纜實際測試的PMDS。例如某段光纖PMDS為1.2ps/km1/2,那么對于10G系統(tǒng)來說:2PMD受限距離=(10/1.2)=69.44km。2.WD啲光傳輸距離計算方法隨著技術(shù)的進展，及數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的快速增長，通信業(yè)務(wù)的迅速增長，在通信行業(yè)中,主要是克服光纖對光波信號的衰減或由光纖引起的色散影響。越來越多的光傳輸采用了波分復(fù)用（ WD）在波分復(fù)用中，要增加傳輸中繼

16、距離，（1）規(guī)則設(shè)計法（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,分別計算這二式，取其較小值。此方法適用段落比較均勻 的情況。L-L= 一公式1中:L為色散受限的再生段長度Dsys為MPl-S MPl-R之間光通道允許的最大色散值（ps/nm）1D1為光纖色散系數(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度（km）n為WD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 WD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點或S' R或S' MPl-R之間所有連接器衰減之和（d

17、B）Af 為光纖衰減常數(shù) （dB/km）Amc光線路維護每公里余量（dB/km）2） 簡易的信噪比計算方法：光規(guī)剛設(shè)計法不能滿足實際應(yīng)用的要求時，可采用色散受限式（公式 1）及簡易的信噪比計算式（公式 3）進行系統(tǒng)設(shè)計，即利用保證色散受限和系統(tǒng)的信噪比來確定再生段 / 光放段的長度。此方法適用光 放段衰耗差別不太大的情況。公式 3）OSNR=58+Pot I M-Nf-Aspan-101gNOSNN為N個光放段后的每通路光信噪比（dB）M為通路數(shù)量Pot I M為每通路的平均輸出功率（dBmNf 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（OSN）勺計算中，取光濾波器帶寬0

18、.1 nm,在每個光放段R'點及MPI-R點的各個通路的OSNR大于22dB的情況下，由光放段損耗來決定光放段的長度，也 可確定通過幾個OA級聯(lián)的再生段長度。（3）專用系統(tǒng)計算工具計算：在上述兩種均不能滿足系統(tǒng) OSN的情況下，要采用專用系統(tǒng)計算OSN來確定。上面有關(guān)公式的一些取值，請參見中華人民共和國通信行業(yè)標準 （長途光纜波分復(fù)用（WDM傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計暫行規(guī)定）及設(shè)備廠家的參數(shù)。四、設(shè)計需要注意的問題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) 不同路由長度，選擇適當?shù)墓饪诎孱愋停ň謨?nèi)、短距離、長距離、超長距離）在設(shè)計中，選用不同類型光口板時，在通過計算其最大的傳輸距離，不能滿足需要時，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