现代通信工程设计(-)

第二章 传输网工程设计 近年来，光通信研究机构和厂商在单纤容量、超长传输距离、光放大器、光信号复用等技术方面的研究日渐深入，不断地推出新的产品，这积极地促进了传输网的发展。本章主要讲解有关传输网的规划、计算、选型和光纤线路敷设，以及SDH、DWDM的工程设计。第一节 传输网设计概述 数字光纤通信系统设计的主要任务是根据用户对传输距离和传输容量（话路数或比特率）及其分布的要求，按照国家相关的技术标准和当前设备的技术水平，经过综合考虑和反复计算，选择最佳路由、局站设置、传输体制和传输速率，以及光纤、光缆和传输设备的基本参数和性能指标，以使系统的实施达到最佳的性能价格比。一、传输网规划设计1传输网规划设计总体设想 结合传输设备的大量引入和中继网络结构的调整，对现有中继传输网进行改造。SDH传输设备作为传输网的骨干和基础，用以满足新建局的中继传输要求。减少现有PDH，扩大SDH比重，逐步向全MSTP、WDM传输网过渡，可适当考虑开通ASON等。 目前，传输网的组织越来越复杂，为了便于传输网的管理和维护，方便网络的不断扩大和增容，适应电信网迅速发展的需要，要规划对本地中继传输网采用分层结构的建设：即中继传输分为骨干层和外围层两个层面，其中骨干层面由传输中心节点组织，采用大容量的传输平台，构成全网的骨干层部分，并以此为基础和外围层一起构成传输网络。 2传输网在规划设计中应遵循的原则 高效灵活、安全可靠、便于管理维护，满足业务发展要求。 积极采用新技术、新设备规划传输网。 合理地充分利用现有的光纤、光缆和传输设备，以节省工程投资，提高经济效益。 将长、市中继传输与市话局间的中继传输统一组网，以提高经济效益。 尽量减少各局间中继电路的转接次数，一般在两次三段，最多不超过三次四段。 在传输通路上选择不同的物理路由，尽可能使每个传输节点都有两条以上传输通道接入传输网。充分利用传输设备所能提供的系统保护性能来组织传输网。积极采用复用段共享保护、通道保护等方式，对于主环网要采用复用段共享保护方式。人容量中继系统尽量不采用在低速率传输设备上叠加的力式，mj选川，高速率的化输设备，以利于发展。两局间有多个传输通道时，其中继系统尽可能地分散安排在 不同的传输系统。对于外围层面，根据其地理位置、线路路由条件及业务量等具体情况，适当组织本地中继传输网，最终接入骨干网层面。为确保通信传输的通畅和安全可靠，在骨干层传输通路上，选用2.5Gbit/s以上的大容量SDH传输设备。对外层各传输节点尽量采用子网保护环方式接入传输网的骨干层面。为确保中继传输的安全，每个端要对两个以上的传输中心节点设置传输通路，即实现双重归属的方式。外围层的传输设备宜选用622Mbit/s以上的SDH传输设备组成子网，以提高传输设备的使用效率，且便于结合当时实际情况灵活地去分期实施。由端局汇接的各模块局及支局，可利用调整下来140Mbit/s的PDH设备或新增SDH的STM-I设备，以解决其中继系统的传输问题。3传输规划设计方案传输网组织的规划方案，应按本地交换网络组织方案进行考虑。根据本地网内的局所布局、容量安排、地理条件及交换网络组织与中继系统数量，同时考虑现有中继传输系统的情况，结合中继传输网的组织原则，提出中继传输网的规划方案。 传输环路上的光缆尽量避免在同段上并行，以提高传输网络的安全性。 传输网传输通道留有适当的余量，以满足一定时期内中继系统正常变动的要求及以后移动通信、数据通信等业务发展的需要。二、传输网工程计算传输网工程计算主要是指在工程设计过程的光传输再生段距离计算，也就是中继距离的计算。再生段距离由光纤衰减和色散等因素决定，不同系统的各种因素的影响程度是不同的。 1中继距离 中继距离的设计有3种方法：最坏情况法（参数完全已知）、统计法（所有参数都是统计定义）和半统计法（只有某些参数是统计定义）。在实际工程应用中，最坏情况设计法分为两种设计方式，一种是衰减受限系统，即再生段距离由S和R之间的光通道衰减决定；另一种是色散受限系统，即再生段距离由S和R之间的光通道色散决定。图2.1给出了无中继器和中间有一个中继器的数字光纤线路系统的示意图。 图21中各字母所代表的意义说明如下。 TT：光传输设备和数字复接、分接设备的接口； Tx：光发射机或中继器发射端： Rx：光接收机或中继器接收端； CI、C2：光纤连接器； S：靠近Tx的连接器C1的接收端； R：靠近Rx的连接器C2的发射端。光同步数字传输系统的再生段长度计算应首选最坏情况设计法计算，即在设计时，将所有光参数指标都按最坏情况进行计算，而不是按设备出厂或系统验收指标。当然也可选用统计法或半统计法进行设计，设备生产厂家应为工程设计人员提供简单的设计指导和明确的元器件指标，且处于允许最恶劣的环境条件下仍能满足系统运行的指标。对于波长为0.85um的多模光纤，由于损耗大，中继距离一般在20km以内。多模光纤的传输速率很低，例如GIF光纤的传输速率在O.1Gbit/s以上就受到色散限制；单模光纤的损耗大幅度降低，中继距离可达200km。在1.31 um零色散波长附近，当传输速率超过lGbit/s时，中继距离才受色散限制。在1.55um波长上，由于色散大，通常要用单纵模激光器，理想系统传输速率可达SGbit/s，但实际统由于光源调制产生频率啁啾，导致谱线展宽，传输速率一般限制为2Gbit/s。而采用色散移位光纤和外调制技术，可以使传输速率达到20Gbit/s。以下将光纤传输系统的传输速率与距离的乘积(Bx/)大体归纳为： 85um,SIF光纤：Bx/=0.01 x1=O.Ol(GbiUs).km. 0.85um, GIF光纤：Bx/=O.lx20=2.0 (Gbit/s).km。 1.3lum, SMF光纤：Bx/=lx125=125 (Gbit/s).km. 1.55um,SMF光纤：Bx/=2x75=150 (Gbit/s).km. 1.55um,DSF光纤：Bx/=2x80=160 (Gbit/s).km. 2衰减受限系统中继计算 传输衰减受限系统再生段距离可按照ITU-T建议G.957，用式(2.1)估算。 L(Pt-Pr-Pp-Me-Ac)/Af+As+Am式中： L衰减受限再生段长度(km)。 Pt-S点平均发送功率(dBm)，已扣除设备连接器C的衰减（损耗一般为0.3ldB/对）和LD耦合反射噪声代价。Pt取决于所用光源，对单模光纤通信系统，LD的平均发射光功率一般为-3-9dBm，LED的平均发射光功率一般为-20-25dBm。 Pr-R点接收灵敏度(dBm)，已扣除设备连接器c的衰减。Pr取决于光测检器和前置放大器的类型，并受误码率的限制，随传输速率的变化而变化。表2.1给出了长途光纤通信系统的BERav110-10时的接收灵敏度Pr（参考值）。表2.1 BERav1（10）-10时的接收灵敏度Pr传输速率/(Mbit/s)标称波长/nm灵敏度/dBm8.4881310-4934.3681310-41传输速率/(Mbit/s)标称波长/nm灵敏度/dBm139.2641310-37(或-42)4139.2641310-30(或-33)Pp光通道功率代价(dB)，因反射、码间干扰、分配噪声等产生的总退化。光通道功率代价最多不超过2dB。Me-光缆富余量(dB)，是考虑光缆线路在以后维护时附加接头和增加光缆长度，如外界环境因素引起的光缆性能劣化、S和R点间其他连接器（若配置时）性能劣化等，因此在设计中应保留必要的富余量。一个再生段内光纤损耗余量一般为0.10.2dB/km,但一个中继总余量不超过5dB。Ac-S、R点间其他连接器衰减之和(dB)，如光配线架、倒换开关等的连接衰减。FC型连接器平均衰减0.8dB/个，PC型连接器平均衰减0.5dB个。注意，4c一定是在其他参数中未扣除的衰减之和。Af-光缆光纤平均衰减( dB/km)，厂家一般提供标称波长的平均值和最大值。设计中，Af取决于光纤类型和工作波长，例如标称波长为13lOnm的单模光纤，Af为0.40.45dB/km;标称波长为1550nm时，Af为0.220.25dB/km。 As-光缆固定接头平均衰减( dB/km)，与光缆质量、熔接机性能、操作水平有关。工程设计中As可取0.05dB/km。 Am每公里光纤线损耗余髓（dB/km）。 例2.1 STM-4长途光通信系统，使用G652光纤，工作波长选定13lOnm。各项参数最坏值选定如表2.2所示，计算其中继距离。光参数最坏值光参数最坏值发送光功率（Pt)-3dBm光缆光纤平均衰减（Af)0.40dB/km接收灵敏度(Pr)-28dBm光缆固定接头平均衰减(As)0.05dB/km其他连接衰减器Ac（含两个连接器）20.8dB光缆富余量(Me)4dB光通道功率（Pp）0.5dB光纤线损耗余量（Am)0.1dB/km根据式（2.1）可得出其中继长度为：L-3 - (-28) - 0.5 -4 -20.8/0.40+ 0.05 +0.134km也就是最大再生段距离为34km。 3色散受限系统中继计算 根据原CCITT建议,对于实际的单模光纤通信系统，色散受限系统再生段距离可用式（2.2）估算： L=(106)/(BD) 式中： L色散受限再生段长度（km）。 当光源为多纵模激光器( MLM-LD)时，取0.115；当光源为单纵模激光器（SLM-LD）时，取0.306。 B-线路码速率( Mbit/s)，它要随线路码型的不同而有所变化。 光源的均方根谱宽(nm)，或称光源谱线宽度。 D纤色散系数ps/(nm km)，它取决于工作波长附近的光纤色散特性。对于G.652规范的单模光纤，波长为12851330nm，D不得超过3 .5ps/(nmkm)；波长为1270- 1340nm，D不得超过6ps/(nmkm)。s和R两点之间最大色散CL (ps/nm）的容限如表2.3所示。 表2.3 S和R之间数字光纤线路的容限 标称速率（Mbi/s) 标称波长/nm BER I x l0-10 S和R之间的容限 最大损耗/dB 最大色散/(ps/m) 8.448 1310 40 不要求34.368 1310 35不要求(多纵模）139.264 13101550 2828300（多纵模） 4x139.264 13101550 2424120（多纵模）由表2.3可知，在140Mbit/s以上的单模光纤通信系统中，色散的限制是不可忽视的。例2.2计算140Mbit/s单模光纤通信系统的中继传输距离。设线路码型为586B，线路码速率B=140x6/5=168Mbit/s，D=3.Os/nmkm，=2.5nm。把这些数据代入式(2.2)，得到中继距离L为 L：1060.115/ 168x3.02.59lkm又知Pt=3dBm,Pr=-42dBm,Pp=0.5dB,Me=3dB,At=0.35dB/km,Am=0.1dB/km,As=0.03dB/km, Ac=0.6dB，把这些数据代入式(2.1)，可得另一种计算的中继距离L为 L（-3 - (-42) -0.5 -3 -0.6）/（0.35 +0.03 +0.1）73km 在工程设计中，中继距离通常取较小的值，即73km。由于光纤制造工艺的偏差，光纤的零色散波长不会全部等于标称波长值，而是分布在一定的波长范围内；同样，光源的峰值波长也是分配在一定波长范围内，并不总是和光纤的零色散波长度相重合。色散受限系统再生段距离也可用式(2.3)估算。 L=Dmax/D (2.3)式中： DmaxS和R点之间的最大色散值（ps/nm); D-光纤色散系数( ps/nmkm)。 例如，13lOnm波长区最大色散Dmax=7lOps/nm，即 L=Dmax/D=710/3.5202.9km式中，分母取3.5，为采用G.652光纤，工作波长为13lOnm时的色散系数取值。在实际设计时，应根据衰减受限式(2.1)及色散受限式(2.2)或式(23)分别计算后，取其两者中的较小值作为最大再生段距离。4.统计法这里给出的一种统计法见式(2.4)，就是将中继线路各个部分的传输损耗之和，加上或减去3倍的标准偏差后，便可得出光通道损耗的最大（最坏）值或最小（最好）值。 =（各部分传输损耗）3（各部分标准偏差）= (mS+KC+LF+bB+M)3（mS+KC+LF+bB+M）式中： 光通道损耗的最大（最坏）或最小（最好）值(dB)； m光接头个数： K一光活动连接器数目： L光纤长度（km）： b-光分路器数目： S平均光接头损耗(dB)： C平均活动连接器损耗(dB)； F平均光纤损耗（dB/km）： B平均光分路器损耗(dB)： M其他光器件的平均损耗(dB)： S-光接头损耗的标准偏差(dB)： C活动连接器损耗的标准偏差(dB)； F光纤损耗的标准偏差值（dB/km）。 B光分路器损耗的标准偏差(dB)； M其他光器件损耗的标准偏差（dB)。 三、光纤光缆选型1光缆结构(1)缆芯缆芯通常包括被覆光纤（或称芯线）和加强件两部分。根据缆芯结构的特点，光缆可分为4种基本类型。层绞式：把松套光纤绕在中心加强件周围绞合而构成。这种结构的缆芯可以增强抗拉强度，改善温度特性。骨架式：把紧套光纤或次被覆光纤放入中心加强件周围的螺旋形塑料骨架凹槽内而构成。这种结构的缆芯抗侧压力性能好，有利于对光纤的保护。中心束管式：把次被覆光纤或光纤束放入大套管中，加强件配置在套管周围而构成。这种结构的加强件同时起着护套的部分作用，有利于减轻光缆的重量。带状式：把带状光纤单元放入大套管内，形成中心束管式结构，也可以把带状光纤单元放入骨架凹槽内或松套管内，形成骨架式或层绞式结构，这种光缆已广泛应用于接入网。 （2）护套 护套起着对缆芯的机械保护和环境保护作用，要求具有良好的抗侧压力性能及密封防潮和耐腐蚀的能力。不同的使用环境和敷设方式对护套的材料和结构有不同的要求。一般光缆有室内光缆、架空光缆、埋地光缆和管道光缆等；特种光缆常见的有电力网使用的架空地线复合光缆、跨越海洋的海底光缆、易燃易爆环境使用的阻燃光缆以及各种不同条件下使用的军用光缆等。不同类型的光缆，其护套也不同。2光缆特性(l）拉力特性光缆能承受的最大拉力取决于加强件的材料和横截面积，一般要求大于1km光缆的重量，多数在10004000N范围。(2)压力特性光缆能承受的最大侧压力取决于护套的材料和结构，多数在100400N/km。(3）弯曲特性光缆弯曲特性主要取决于纤芯与包层的相对折射率差以及光缆的材料和结构。实用光纤最小弯曲半径一般为2050mm，光缆最小弯曲半径一般为200500mm，等于或大于光纤最小弯曲半径。(4）温度特性光缆温度特性主要取决于光缆材料的选择及结构的设计。温度超出要求范围时，光纤损耗增加。对光缆使用温度的要求，一般在低温地区为-40+40，在高温地区为-5+60。3光纤类型(l）G.652光纤 G.652光纤是目前最常用的单模光纤，主要应用在13lOnm波长区开通长距离622Mb及其以下系统，在1550nm波长区开通2.5Gbit/s，lOGbit/s和Nx2.5Gbit/s波分复用系统。(2)G.653光纤G.653光纤是将零色散波长由13lOnm移到最低衰减的1550nm波长区的单模光纤，用于在1550nm波长区开通长距离lOGbit/s及以上系统，但由于工作波长零色散区的非线性影响，产生严重的四波混频效应，不支持波分复用系统。 （3）G.654光纤1550nm波长衰减最小单模光纤。一般多用于长距离海底光缆系统，损耗在0.20dB/km以下。 (4） G.655光纤非零色散位移单模光纤。主要用于在1550nm波长区开通lOGbit/s及其以上和波分复用的高速传输系统。表2.4列出了部分光纤主要特性的标准。 表2.4 光纤特性的标准一般分类多模单模ITU-T编号G.651G.652G.653G.654折射率分布G1常规色散移位1.55m损耗最小纤芯直径/m包层直径/m50（16%）125（12.4%）（910）（110%）125（12.4%）（78.3）（110%）（1550nm波长区）125（12.4%）10.5（110%）125（12.4%）损耗/dB(km)-1850nm1300nm1550nm340.831.0(0.30.4)*0.5(0.200.25)*0.5(0.200.25)*0.25(0.20)*色散（ps/nmkm)850nm1300nm1550nm12063.5(12851330nm波长区）203.5（15251575nm波长区）20注：表中*表示所指括号内的数是目前以达到的水平4光缆选择 光缆的外护层要达到防水、防潮、耐腐蚀、防啮齿动物的损坏，对鼠咬或白蚁严重的地区采用金属带皱纹纵包或尼龙护套层加以保护。 光纤数量应考虑未来宽带业务的发展，留有一定余量。 光缆的填充方式常采用油膏填充式，以防止水分浸入，避免传输性能劣化。 光纤护层应选择在抗侧压、拉伸应变能力、衰减稳定性等方面性能较好的松套光纤。对敷设位固定、温度范围变化不大的场合，也可以采用紧套光纤。 外护层应选择架空和管道，光缆宜采用钢带纵包、聚乙烯外护层、光缆内填充混合物等结构，以防止外界水分和潮气进入。 直埋光缆应采用聚乙烯内护层+聚乙烯粘接护套+皱纹钢带纵包铠装+聚乙烯外护层等结构。 室内光缆宜采用具有阻燃性能的外护层结构。 根据不同的敷设方式，光缆允许承受张力和侧压力是不相同的，其机械性能应符合表2.5中的规定。 敷设方式允许张力/N允许侧压力（N/100nm）短期长期短期架空和管道1500300100一般直埋300010003000特殊直埋2000030005000 表2.5 光缆机械性能要求注：特殊直埋适合于坡度超过30，“S”形敷设有困难的地段、或地表下陷、土质不稳定的较长距离地段。第二节 光缆线路敷设光缆线路的敷设是传输网设计的一个重要组成部分。一、线路选择应尽量选择最短、弯曲较少的线路。应选择在地质稳定的地段，在平原地区，要避开湖泊、沼泽和排涝蓄洪等地带；在山区，要避开陡峭、沟壑、滑坡、泥石流，以及洪水危害、水土流失等地方。应尽量与城市道路或公路平行，避免往返穿越道路或公路。应避免穿越大的厂房、仓库、矿区等，不宜穿过果园、林区。 应尽量避开易遭到雷击、腐蚀、机械损伤等地带。应以通信网发展规划为依据，并进行多种方案比较，以保证光缆线路安全可靠、经济合理、施工维护方便。二、光缆敷设 光缆架空敷设：适用于穿越河沟、峡谷直埋特别困难的地段；施工特别困难或赔偿费用过高的地段；已有杆路并可以利用架挂的地段；市区暂时无条件建设管道的地段。 光缆管道敷设：适用于长途、市话、农话通信光缆线路。这种敷设方式采用的是市话电信管道或市、县合建的管道，主要用在一级、二级干线过市区，市话、农话线路。 光缆线路在农村野外地区敷设一般采用直埋方式，在环境条件不适合采用直埋方式或直埋方式施工费用过大等情况下，可以采用其他的敷设方式。1直埋线路（l）光缆埋深 长途干线光缆的埋深应符合表2.6中的要求。 表2.6 长途干线光缆埋深表敷设地段埋深/m普通土、硬土1.2半石质、砂砾土、风化石1.0全石质、流沙0.8市郊、村镇1.2市区行人道1.0穿越铁路（距道碴底）公路（距路面）1.2沟渠、水塘1.2农田排水沟0.8（2）与其他建筑的隔距直埋光缆与其他地下管线和建筑物的最小净距应符合表2.7中的要求。表2.7 直埋光缆与其他地下管线和建筑物的最小净距 单位：m建筑物名称平行时交越时市话管道直市电力管道0.750.50.250.5直埋电力电缆35kV以下 35kV以上0.52.00.50.5给水管 管径300mm300mm管径500mm500mm管径0.51.01.50.50.50.5石油、天然气管道热力、下水管10.01.00.50.5煤气管 压力300kPa 300kPa压力800kPa1.02.00.50.5排水沟房屋建筑红线或基础室内大树室外大树积肥池、粪坑、水坑、沼气池、坟墓等0.81.00.752.03.00.5注：采用管道保护时，与水管、煤气管、石油管交越时的最小净距可降为0.15m。 （3）保护措施 直埋光缆穿越铁路和采用顶管穿越公路的地点时，需采用无缝钢管或对边焊接镀锌钢管对其进行防机械损伤工艺保护，钢管内径不小于80mm，钢管内穿放24根聚乙烯塑料子管；光缆穿越碎石或简易公路时，需采用硬塑料管直埋通过；光缆穿越沟、渠、塘时，需在光缆上方覆盖钢筋混凝土平板保护；光缆穿越高坎、梯田时，需采用石护坡保护。 （4）路由标志 直埋光缆敷设后，需设置永久性标志，以便寻找光缆线路上的特定位置，标志一般安装在下列位置：光缆线路的接头点、拐弯点、排流线起止点；同沟敷设光缆的起止点；光缆穿越铁路、公路及其他障碍物两侧；光缆与其他地下管线交越处；直线段每隔200300m设置一处。2架空线路架空光缆的支承方式主要有吊线托挂式和吊线缠绕式两种。通常架空线路的杆距要求为市区：3540m；郊区：4950m；郊外视气象负荷区而定。杆路吊线：一般选用规格为7/2.2mm的镀锌钢绞线，其安全系数应大于3。原始垂度：杆路吊线的原始垂度应符合各负荷区吊线原始垂度要求。 架空光缆与其他建筑设施最小水平净距应符合表2.8中的要求，架空光缆与其他建筑设施最小垂直净距应符合表2.9中的要求。架空光缆与其他电气设施交越时最小垂直净距离符合表2.10中的要求。 表 2.8 架空光缆与其他建筑设施的最小水平净距名称最小水平净距/m名称最小水平净距/m消火栓1.0市区树木1.25地下管线0.51.0郊区、农村树木2.0铁道地面杆高的4/3架空线路地面杆高公路地面杆高房屋建筑2.0人行道边石0.5 表 2.9 架空光缆与其他建筑设施的最小垂直净距名称水平时/m交接时/m备注街道4.55.5最低光缆到地面胡同4.05.0最低光缆到地面铁路3.07.0最低光缆到铁轨面公路3.05.5最低光缆到地面房屋建筑0.6最低光缆到屋脊（尖顶房） 表 2.10 架空光缆与其他电气设施交越时的最小垂直净距名称有防雷保护装置时/m无防雷保护装置时/m备注1kV以下电力线路1.251.25最高线条到电力线条110kV电力线路2.04.0最高线条到电力线条35110kV电力线路3.05.0最高线条到电力线条154220kV电力线路4.06.0最高线条到电力线条 架空光缆需要采用接地保护措施。光缆接头盒靠近的电杆一卜应装设避雷针，其接触电阻不超过20。光缆金属护层连同吊线一起每隔2000m做一次防雷保护接地。3管道光缆 （1）管孔位置的选择 光缆占用管孔位置应按靠近管孔群两侧并由上到下进行选用。同一条光缆各相邻管道段所占用的管孔位置不宜改变，当其中某个管道段空闲管孔不具备上述要求时，应占用管孔群中同一侧的管孔，尽量使占用管孔的相互位置靠近。每条光缆单独占用一个子管管孔。 （2）长度及张力计算 管道光缆的布放长度的计算公式见式(2.5)。 L管=L丈+L预 (2.5)式中： L丈地面丈量长度（km）； L预各种预留长度（km）。 牵引力直线路由张力估算公式见式(2.6)。 F=L (2.6)式中： 摩擦因数，塑料子管与光缆间的摩擦因数为0.33： 所牵引长度的每米光缆质量( kg/m)； L直线段的长度(m)。 牵引力转弯路由张力估算公式，见式(2.7)。 F2=F1e (2.7)式中： F1转弯前承受的张力； e 张力增大系数； e对数的底； 两直线路由的交叉角。 (3)管孔内子管敷设 水泥管道的标准内径为90mm，而光缆外径较小，为了有效地利用管孔，在选用的管孔内先穿放24根半硬质聚氯乙烯塑料子管。 塑料子管数量应按管孔的直径大小和工程需要确定，但数根塑料子管的等效总外径不大于管道孔内径的85%，塑料子管的内径为光缆外径的1.2 1.5倍。 数根塑料子管应捆扎在一起，同时穿放在人孔或手孔间的塑料子管不允许有接头。 如现行工程不用塑料子管时，管口应堵塞封闭，以避免其他物件进入子管内。 (4)保护措施 光缆接头盒必须安装在人孔或手孔中常年积水水位以上的位置，并采取保护托架或其他方法承托和固定。人孔或手孔中的光缆应采用塑料软管保护并绑扎在电缆托板上，同时采用醒目的标志，以便识别光缆编号、用途和规格等内容。 4光缆水底敷设 水底敷设是将光缆穿过水域的敷设方法。它适用于一级、二级干线，市话、农话光缆线路需穿过江河湖泊等地段的情况。 (l)敷设准备 水底光缆的敷设埋深度应符合表2.11中的规定。 表2.11 水底光缆的敷设规定水域与土质状况深埋要求/m暗滩1.5水下深度不小于8m、河床不稳定、土质疏松1.5水下深度不大于8m、河床稳定、硬土1.2水下深度大于8m自然掩埋石质、风化石河床0.5(2)敷设长度计算 水底光缆的敷设长度是根据河宽和河床地形、流速以及弧形布放增进行计算的，具体计算公式为 L= (L1 +L2+L3+L4 +L5+L6)(1+d)式中： L1水底光缆两终端间的直线丈量长度； L2终端固定、过堤、“S形敷设、岸滩接头等项增加长度； L3两终端间各预留增加长度； L4-一布放平面弧度增加长度； L5立面弧度增加长度； L6工余量； d自然弯曲增长率。上述各种预留长度如表2.12所示。 表2.12 水底光缆布放预留长度表L2按设计要求L3按设计要求L4F/L6/1008/10010/10013/10015/100增加量/m0.01L0.017L0.027L0.045L0.06LL5由河床和光缆布放的断面计算确定L6拖轮人工布放为水面宽度的8%10%，抛锚布放为水面宽度的3%5%d根据地形起伏情况可选取1%1.5%注：L为布放平面弧度的弦长，F为弧度的顶点至弦的垂直高度，F/L为高弦比。 5局内光缆 局内路由复杂，应采取人工布放，上下楼道及每个转弯处，应有专人指挥牵引，保持光缆呈松弛状态，避免打小圈和死弯出现：预留在光端机侧的光缆盘成缆圈后，固定在电缆配线室或光端机室；光缆在走线架和拐弯处应绑扎牢固；局内光线应作标志，以便识别；光缆成端后，其金属构件电气相互连通，并用单独导线接到机房总地线上。 6光缆预留长度 光缆布放预留长度如表2.13所示。 表2.13 光缆布放预留长度表敷设方式直埋管道架空自然弯曲增加长度/(m/km)75710人孔内弯曲增加长度/(m/人孔）0.51杆预留长度/m0.2接头每侧预留长度/m68设备每侧预留长度/m16207光缆接续 光缆接续前应核对光缆程式，接头位置并按要求留足预留长度。在确定敷设过程中无断纤等异常情况后，再进行接续。密切缆接续时，应按光纤色标顺序对接，不能接错。光缆接头盒选用密封防水性能好的结构，并具有防腐蚀和一定的抗压力、张力和冲击力的能力。 光纤接续应采用熔接法，光纤接头损耗应满足有关规定要求。 光缆力口强件在光缆接头处应固定牢靠，以确保光缆接头不因外力而损坏。 直埋光缆接头盒应安排在地形平坦和地质稳定的地方，尽量避开水塘、河渠、沟坎、道路等施工和维护不便的地方。光缆接头盒可采用水泥盖板保护，以防止机械损伤。 架空光缆接头盒可安装在钢绞线吊线上或电杆上，但应固定牢靠。 光缆安装固定后，最小曲率半径不应小于光缆外径的1 0倍。 光缆在施工安装过程中，最小曲率半径不应小于光缆外径的20倍。第三节 SDH工程设计 SDH工程设计应考虑有一定的冗余度，选用的设备应可以平滑升级，尽可能满足中、长期业务量增长的要求。 一、SDH设计概述 1网络的物理拓扑结构 各种物理拓扑结构模型如图2.2所示。 图2.2传输网络的物理拓扑结构 线形：将通信网络中的所有点一一串联，而使首尾两点开放，这就形成了线形拓扑结构，有时也称为链形拓扑结构。这种拓扑结构的特点是其间所有点都应具有完成连接的功能。这也是SDH早期应用的比较经济的网络拓扑结构。 星形：这种拓扑结构是将通信中某一特殊点与其他各点直接相连，而其他各点间不能直接相连接。在这种拓扑结构中，特殊点之外的两点通信一般应通过特殊点进行。这种网络拓扑结构的优点是可以将多个光纤终端统一成一个终端，但也存在者特殊点安全保障问题和潜在瓶颈问题。 树形：可以看成是线形拓扑结构和星形拓扑结构的结合，即将通信的末端点连接到几个特殊点。这种拓扑结构可用于广播式业务，但它不利于提供双向通信业务，同时还存在瓶颈问题和光功率限制问题。 环形：实际上就是将线形拓扑结构的首尾之间相互连接。这种拓扑结构在SDH网中应用比较普遍，其最大的优点是具有较强的生存性。 网孔形：若所有的点都彼此连接即称为理想的网孔型拓扑结构。这种拓扑结构为两点间通信提供多种可选路由，具有可靠性高、生存性强且不存在瓶颈问题和失效问题的优点，但结构复杂、成本也高。混合型：是以前面5种基本的物理拓扑为基础，进行不同的组合。 一般来说，星形拓扑结构和树形拓扑结适用于接入网，环形拓扑结构和线形拓扑结构适用于中继网，树形和网孔形相结合的拓扑结构适用于长途网。2 SDH系统光接口按照应用场合不同，光接口划分为3类，即局内通信、短距离居间通信和长距离居间通信。用代码表示时，第一个字母表示适用场合：字母I表示局内通信，字母S表示短距离居间通信，字母L表示长距离居间通信。字母后的第一位数字表示SDH的等级，第二位数字表示工作波长区或窗口和所用的光纤类型（1或空白表示1310nm工作波长区，所用的光纤为G.652光纤；2表示1550nm工作波长区，所用光纤为G.652光纤和AG.654光纤；3表示1550nm工作波长区，所用光纤为G.653光纤）。表2.14汇总了不同应用场合的所有光纤类型和典型的传输距离。 表2.14 光接口分类与应用代码应用局内短距离居间长距离居间超长距离居间标称波长/nm131013101550131015501550光纤类型G.652G.652G.652G.652G.652 G.654G.653G.652 G.654G.653距离*/km2154080120STM-1I-1S-1.1S-1.2L-1.1L-1.2L-1.3STM-4I-4S-4.1S-4.2L-4.1L-4.2L-4.3E-4.2E-4.3STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.3E-16.2E-16.3注：*表示这些距离仅用于分类而不是用于规范（BER110-10)，E表示超长距离居间通信。3 SDH网络设备图2.3给出了SDH网络设备的各种应用形式，可在组网设计中参考。 图2.3 SDH网络设备的各种应用形式 同步终端复用器（TM）：其作用是把多路低速信号复用成l路高速信号，或反过来把l路高速信号分接成多路低速信号。分插复用器（ADM）：其作用是在高速信号中分接（或插入）部分低速信号。同步数字交叉连接设备(DXC)：具有1个或多个信号端口，可以对任意端口之间的信号进行可控连接（包括再连接），它兼有复用、配线、保护恢复、监控及网管等功能。再生器(REG)：位于传输链路中途，其作用是能够接收STM-N信号，并经过适当的处理，使信号按照规定的幅度、波形、定时特性继续向前传输。 网络管理系统设备（NMS）：具备配置、告警、性能、维护和安全功能。4自愈环的性能比较表2.15所示为各种自愈环的主要性能比较。 表2.15 各种自愈环特性的比较性能比较自愈环二纤单向通道保护环二纤单向复用段保护环四纤双向复用段保护环二纤双向复用段保护环节点数KKKK高速线路速率STM-NSTM-NSTM-N最大业务容量STM-NSTM-NKSTM-N(K/2)STM-N节点成本低低高中APS变化不要求要求要求要求系统复杂性最简单简单简单简单产品兼容性没问题实验阶段实验阶段实验阶段二纤单向通道保护环的业务容量等于所有进入环的业务量的总和，即节点处ADM系统容量STM-N。二纤单向复用段保护环的分析与二纤单向通道保护环一样。四纤双向复用段保护环中，业务量的路由仅仅是环的一部分，业务通道可以重新使用，即允许更多的支路信号从环中进行分插，因而网络业务量可以增加很多。极端情况下，每个节点处的全部系统容量都进行分插，于是整个环的业务容量可达到单个节点ADM系统容量的K倍K( KxSTM-N)。二纤双向复用段保护环只能利用一半的时隙，因此环的最大业务容量为（K/2）STM-N 。对于四纤双向复用段保护环，由于每个节点需要采用两个ADM，因而成本较高。5SDH连接功能SDH网络设备具有完成业务的直通、广播、分插和交叉等连接功能，如图2.4所示。 图2.4 SDH网络设备的连接功能二、SDH设计举例1网络现状 某市各站点的具体地理位置分布和可用光缆状况如2.5所示。网络工程基本情况是：考虑到未来业务量需求的增加，主干线路的带宽使用IOGbit/s；中心站点A使用已有光缆连接其他城市F站点，建立起骨干网络，网络速率是IOGbit/s;A、B、c、D和E站点之间有2芯或4芯光纤可用；由于A、 B、C和D站点进行各地的业务汇聚和调度，因此它们之间的光纤速率使用IOGbit/s;D和E站点之间的光纤速率使用2.5Gbit/s;A-1、 A-2、 B-1、 D-I、D-2、 E-I、 E-2站点是各地拟新建的接入站点；根据新建光缆路由状况和业务量需求，A站点和A-I. A-2站点可以组建155Mbit/s或622Mbit/s的低速率环网以接入业务。另外，可以组建的速率环网用以接入业务的站点还有：B-I站点和B站点、C站点；D站点和D-1、D-2站点；E站点和E-l、E-2站点；网络管理系统安装在中心站点A处。 图2.5 某市各站点的具体地理分布和可用光缆状况 2业务需求 表2.16所示为各待规划站点的SDH业务需求。各待规划站点之间，即点到点的以太网业务需求为lOOOMbit/S。 表2.16 各待规划站点的SDH业务需求站点SDH业务（线路）SDH业务（支路）A3STM-642STM-16、16STM-1（E）、16STM-1（O）B4STM-648STM-4、16STM-1（O）C4STM-6416STM-1（E）、8STM-4D2STM-644STM-16、16STM-1（E）E2STM-162STM-16、16STM-1（E）A-12STM-16A-22STM-16B-12STM-64D-12STM-16D-22STM-16E-12STM-16E-22STM-163工程组网规划设计 根据工程状况和工程需求可采用OptiX OSN 9500设备组建本地城域骨干网，城域骨干网工程组网规划如图2.6所示。NEl-NE4组成STM-64级别的二纤双向复用段保护环，能够满足客户的实际业务需求同时又能够满足未来一段实际业务扩容升级的需要。图中也对各 节点与上层骨干网下层接入网的对接进行了规划。实际地名代号与网元名称对应关系见表2.17 。线路的光纤类型为G652，工程中光纤衰耗系数为0.275dB/km（已经包含线路中各熔接点、跳纤连接器的衰耗）。 表2.17 实际地名代号与网元名称对应关系地名代号网元名称地名代号网元名称ANE1A-2NE11BNE2B-1NE20CNE3D-1NE40DNE4D-2NE41ENE5E-1NE50A-1NE10E-2NE51 根据工程需求，为用户提供以太网透明传输组网方式如图2.7所示。可以实现以太网业务的点到点透明传输，支持lOOOMbit/s以太网光接口接入。 4工程保护配置 光纤环路和链路采用网络保护，在出现断纤、光板故障等现象时，要求业务能够得到保护，且倒换时间小于50mSo以太网业务保护需求可以在SDH层面实现，也可以在数据业务层面实现一定的保护功能，因此要对A. B. C. D.E各站点设置时钟、交叉、电源备份板e网络时钟需求：在A站点，即中心站点，有BITS时钟，要求全网跟踪该时钟。若BITS时钟失效，则改为跟踪A站点的内部时钟。公务和ECC需求：要求全网每个站点设置1个公务电话，以方便维护人员使用。全网不设置人工路由，无其他ECC需求。 图2.7 以太网透明传输组网方式在本网络中，STM-64环配置为二纤双向复用段保护环，符合ITU-T G.841建议要求，并且保护倒换时间小于50ms; STM-16链配置为1+1线形复用段保护方式，其倒换时间均小于ITU-T G841建议的50mSo STM-64环还可以配置为环带链的SNCP方式，保护倒换时间小于50ms。第四节 DWDM工程设计本节介绍的网络设计主要以开封至洛阳的DWDM工程设计为例，其波分复用系统产品选用北电公司的OPTera LH320G和OPTera LH80Go一、DWDM网络结构DWDM网络结构如图2.8所示，采用单纤双向传输，按照波长将光通道分为红光和蓝光，红光和蓝光相互隔离，实现双向全双工的通信，在一根光纤中两个方向光信号可同时传输。其功能分为：光波长转换单元、TMUX单元、光复用解复用单元、光放大单元、光监控信道单元和管理单元等。下面对主要单元进行介绍。TMUX：传输多路复用单元，由1块lOGbit/s盘和4块2.5Gbit/s盘组成，实现4路2.5Gbits信号复用到1路符合ITU-T G692建议的STM-64信号中。M32/D32：光复用解复用单元，为32波的合分单元，具有将32个波长通道复用进入主信道从主信道将32波解复用出来的功能；提供在线监测光口，可以由该光口接入光谱分析仪，在中断业务的情况下，监测主信道的光谱；自身带有1个备波通道，在紧急情况下倒接波道。MOR：光放大单元，它可以将红、蓝光耦合在一根光纤上传输，因此MOR分为两种：收红发蓝和收蓝发红。其典型增益为发送端1 3（或1 5）dB、接收端25dB。图2.9所示为MOR原理框图。其内部放大器OBA的单波最佳输入光功率为-6dBm，增益为15dBm;放大器OPA的单波最佳输入光功率为-19dBm，增益为25dBm。 图2.9 MOR原理框图 OSC：光监控单元，它用于实现对双向光监控通道的处理，完成终端站光监控通道光信号的收、发处理。光监控信道的载波波长为15lOnm和1625nm。 C：耦合器(Coupling)。图2.8中，在发送端，4个2.5Gbit/s业务信号经TMUX复用为一个符合ITU-T G.692议的lOGbit/s信号，然后接入合波单元M32进行合波，再将合波信号接入光放大单元MOR进行信号的放大和红、蓝光耦合，然后接入耦合器，监控信号通过OSC直接接入耦合器，耦合器把业务信号和监控信号耦合后送往对端；在接收端，业务信号和监控信号通过耦合器分离后，业务信号直接接入光放大单元MOR进行信号的放大后，经过色散补偿模块进行色散补偿后接入分波单元D32进行分波，然后接入相对应的TMUX，再由TMUX解复用为4个2.5Gbit/s,完成业务信号的传输，监控信号直接接入本端OSC，完成监控信号的传输。OPTeraLH320G是基于10Gbit/s的DWDM系统，系统配置32个波道，其中红光16个，蓝光16个，另外系统还为红光和蓝光各提供一个备用波道，系统总容量可提供16个10Gbit/s的光通信系统；OPTeraLH80G与OPTeraLH320G相似，所不同的仅仅在于OPTeraLH80G是基于2.5Gbit/s的DWDM系统。图2.10给出一种DWDM系统组成示意图，要求读者通过查阅有关资料进行分析说明。 图2.10 DWDM系统组成示意图二、DWDM网络设计 1主信道光功率计算在发送端，业务信号光功率计算主要是由TMUX到M32，再到MOR内的光后置放大器OBA，然后通过耦合器送出。从DWDM产品技术手册可知，为了保证通道平坦度，MOR内OBA放大器单波输入功率最佳值为一6dBm, M32合波插损为4dB,TMUX输出光功率指标为-10+1.5dBm。(l)发送端光功率发送端光放大单元MOR内的OBA输入、输出功率分别为 Pobai=单波输入功率最佳值+l0lg（波数） (2.9) Pobao=Pobai十增益 (2.10) 如果单波输入功率最佳值取-6dBm，波数取2，则根据式（29可得OBA输入光功率为 Pobai =-6+lOlg2-3dBm 如增益为15dB，则根据式(2.10)可得OBA输出光功率为 Pobao= -3+15 =12dBm 如耦合器的插损为ldB，则发送端最外端的光功率为 Po= 12-1 =lldBm (2)接收端光功率接收端光放大单元MOR内OPA放大器的单波输入功率是一