光纤传输的中继距离

概述为了规范合理地组建光传输网，光传输中继距离是前提。光传输中继传输距离 与设备的性能、所采用的光纤性能、两端光设备间线路传输的连接器件等有关。传 输距离的长短影响着组建光传输网灵活性、投资规模。为提高我们组建光传输网设 计的科学性，有必要对各光中继传输距离进行核算。下面将分别总结影响光传输中 继距离的各种因素及计算方法。影响光传输距离因素在发送机与接收机之间影响信号传输距离的因素有很多，不同的物理媒介会给 信号带来不同的影响。从上面的示意图看我们可以从光设备、光缆设施和光连接器三个方面考虑影响 信号传输距离的因素。1. 光设备对信号传输的影响光信号的传输距离受限于光设备的光口类型。SDH中的光接口按传输距离和所 用的技术可分为三种，即局内连接、短距离局间连接和长距离局间连接。为了便于 应用，将不同的光口类型用不同的代码（如S-16.1）来表示：第一个字母表示应用场合：I表示局内通信；S表示近距通信；L表示长距通信; V表示甚长距通信；U表示超长距；字母后第一个字母表示STM的等级；字母后第二个字母表示工作窗口和所用光纤类型：空白或1表示工作波长是 1310nm所用光纤为G.652，2表示工作波长为1550nm所用光纤为G.652、G.654，5 表示波长1550nm所用光纤为G.655。另：电接口仅限STM-1等级、PDH接口。应用类型局内局间短程长程光源标称波长(nm)13101310155013101550光纤类型G.652G.652G.652G.652G.652G.653距离(km)2154080STM等级STM-1I-1S-1.1S-1.2L-1.1L-1.2L-1.3STM-4I-4S-4.1S-4.2L-4.1L-4.2L-4.3STM-16I-16S-16.1S-16.2L-16.1L-16.2L-16.3注：表内距离用于分类而不是用于规范2. 光纤对信号传输的影响光在光纤中传输，主要受到光纤的衰减及色散的影响，另外我们在工程实际设 计中还要考虑到两段光纤间接头的损耗、光通道代价、光缆富余度和高速传输存在 的偏振模色散(PMD)等。在光传输系统中，光纤的衰减是不可确定的因素，不同厂家的光纤在不同的环 境均有不同的衰减值，不同工艺的光纤接续的衰减也不同；光纤在不同的光波长传 输，损耗也不同的。具体的参数见有关厂家的资料及参照国家通信行业的有关标准。这里介绍六种典型单模光纤的性能和应用：a.非 色 散 位 移 单 模 光 线 G. 65 2 光 纤常规单至模光纤的性能及应用：性能模场直径(|J m)截止波长 入 cc(nm)零色散波 长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1310nm8.69.50.7入 ccW1260入 cW1250入 ciW125013101310或15501310nm0.401550nm0.401310nm:01550nm:17应用 场合最广泛用于数据通信和模拟图像传输媒介，其缺点是工作波长为1550nm是色散系数高达 17ps/(nmkm)阻碍了高速率、远距离通信的发展低水峰(全波)单模光纤的性育甘及应用：性能模场直径(|J m)截止波长 入 cc(nm)零色散波 长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1310nm9.30.51550nm10.50.7入 ccW1260入 cW1250入 ciW125013001322128016251310nm:0.351550nm:0.31.550nm:0.210.25应用 场合这种光纤的优点是工作波长范围宽，即12801625nm，故其主要用于密集波分复用的城域网 的传输系统，它可提供120个或更多的可用信道。b.色散位移单模光纤(G.653)的性能及应用：性能模场直径(p m)截止波长入cc (nm)零色散 波长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1310nm：8.3入 ccW1270入 cW1250入 cjW1270155015501550nmW0.2515251575nm:3.5应用场合这种光纤的优点是在1550nm工作波长衰减系数和色散系数均很小。它最适用于单信道几千千 米海底系统和长距离陆地通信干线。但用于波分复用信号传输系统时存在问题。c.截止波长位移单模光纤(G.654 )的性能及应用：性能模场直径(p m)截止波长入cc(nm)零色散 波长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1550nm：10.5入 ccW15301350A c1600131015501550nm:W0.201500nm:20应用场合这种光纤的优点是在1550nm工作波长衰减系数极小。其弯曲性能好。它主要用于远距离 无需插入有源器件的中继海底光纤通信系统，其缺点是制造困难，价格昂贵。d.非零色散位移单模光纤(G.655)的性能及应用性能模场直径(p m)截止波长A cc(nm)零色散波长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1550nm：8110.7A ccW1480A cW1470A ciW148015301565153015651550nm:0.251625nm:0.300.1W|D|W10应用场合这种光纤的优点是在1550nm工作波长处有一低 得其能用在EDFA和波分复用结合的传输速率在的色散，保证抑制FWM等非色散线性效应，使 10Gbit/s以上的WDM和DWDM的高速传输系统中e.色散平於坦单模光纤F的性能及应用：性能模场直径(p m)截止波长A cc(nm)零色散波长工作波长最大衰减系数(dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1310nm：812701310和1550131015501310nm0.251550nm0.301310nm:01550nm：111550nm:0应用场合这种光纤的优点是在13101550nm工作波长范围内低色散。但其折射率剖面结构复杂， 制造难度大，尤其是该光纤的衰减大，离实用距离很远。f.色散补，偿单模光纤的性能及应用：性能模场直径(p m)截止波长 入 cc(nm)零色散波长工作波长最大衰减系数 (dB/km)最大色散系数(ps/(nmkm)要求值1550nm：6155015501550nm:1.001550nm:-80-150应用场合这种光纤的优点是在1550nm工作波长范围内有很大的负色散，其主要用作G.652光纤工作 波长由1310nm扩容升级至1550nm的进行色散补偿。3. 光连接器对信号传输的影响S、R点间其他连接器损耗，如ODF等FC型平均0.8dB/个，PC型平均0.5dB/ 个，一般取2*0.5三、光传输距离计算方法在光传输系统中，在已选好的光纤类型上开通光传输系统，传输距离将受到损 耗和色散两种因素的影响及设备的有关性能影响。在每个中继段中，需要进行光功率预算，在允许的范围内选用合适的光接口板 类型。1. SDH的光传输距离计算方法在SDH光传输中，目前，ITU-T已经在G.652、G.653、G.654和G.655中分别 定义了 4种不同设计的单模光纤。其中G.652光纤就是目前广泛使用的单模光纤， 称为1310nm波长性能最佳的单模光纤,它可以应用在1310 nm和1550nm两个波长 区;G.653光纤称为1550nm波长性能最佳的单模光纤，主要应用于1550nm工作波长 区；G.654光纤称为截止波长移位单模光纤，主要应用于需要很长再生段距离的海 底光纤通信；G.655光纤是非零色散移位单模光纤，适于密集波分复用(DWDM)系统 应用。根据工程的具体情况，在本地网建光传输建议全部使用符合G.652建议的光纤， 并根据不同的敷设方式选择不同程式的光缆。如选用符合G.655建议的光缆，应能 满足1310nm窗口传输的要求。选定了光纤的类型，在进行光传输中继段距离预算计算时，必需考虑衰减受限 距离及色散受限距离，为保证能满足最坏情况要求，选择两者之中较小值作为可用 传输距离。1.1衰减限制衰减限制中继段长度预算L= (Ps-Pr-Ac-Pp- Mc) / (Af+As)Ps平均发射功率Pr 最小灵敏度Pp 一光通道代价，也就是设备富余度。由于设备时间效应(设备的老化)和 温度因素对设备性能影响所需的余量，也包括注入光功率、光接受灵敏 度和连接器等性能劣化，一般取1dB或2dBAc 一连接器衰减和，包含S和R点间除设备连接器C以外的其它连接器(如 ODF等)衰减，如ODF等FC型平均0.8dB/个，PC型平均0.5dB/个，一 般取2*0.5Af 一光纤衰减系数(在1310nm中取0.36dB/km，在1550nm中取0.22dB/km)MC 一线路富余度，可取0.05-0.1dB/km，在一个中继段内，光缆富裕度不宜 超过5dB. 一般预算距离小于30km时取0.1dB/km，大于30km时取3dB(注：当 MC 取 0.1dB/km 时预算公式改为 L= (Ps-Pr-Ac-Pp) / (Af+As+Mc)As 一光纤接头平均衰减(活接头取0.5dB/个，死接头取0.08dB/个)注：上面计算中继段距离的取值，仅作为参考为了满足衰减限制可通过下面方法求得：(1) 最长限制传输距离Ps取最小平均发射功率，Pr取光口最小接收灵敏度，得出长限制距离L。(2) 最短限制传输距离Ps取最大平均发射功率，Pr取光口接收过载功率，Mc取0，得出短限制 距离l。1.2 色散限制色散限制的中继段长度Ld= Dmax/ | D |Dmax:光传输收发两点间的允许的最大色散值；| D |：光纤色散系数，在G.652光纤中1310nm取3.5Ps/nm.km，在1550nm 取 18Ps/nm.km。中继段范围：lmin（L,Ld）.1.3 偏振模色散（PMD）受限系统偏振模色散受限距离的计算和解决方法：L=（Pt/P）2其中：Pt指光口的PMD容限（对于10Gb/s信号,Pt=10ps=（1/A） 1/2）A为系统速率（Tb/s） ）, P为光缆实际测试的PMD值。例如某段光纤PMD值为1.2ps/km1/2,那么对于10G系统来说：PMD 受限距离二（10/1.2）2=69.44km。2. WDM的光传输距离计算方法随着技术的进展，及数据业务的快速增长，通信业务的迅速增长，在通信行业 中，越来越多的光传输采用了波分复用（WDM）。在波分复用中，要增加传输中继距 离，主要是克服光纤对光波信号的衰减或由光纤引起的色散影响。（1）规则设计法（称固定衰耗法）：得用色散受限式公式1及保证系统信噪比的衰 耗受限式公式2,分别计算这二式，取其较小值。此方法适用段落比较均匀 的情况。.1悟公舟L 一匚 _ ASpQp -5ZAc ） m （A Afnc） 公式 2公式1中：L为色散受限的再生段长度Dsys为MPI-S MPI-R之间光通道允许的最大色散值（ps/nm）1D1为光纤色散系数（ps/nm.km）公式2中：L为保证信噪比的衰减受限的再生段长度（km）n为WDM系统应用的应用代码所限制的光放段数量Aapan为最大光放段衰耗。其值应小于并等于WDM系统采用的应用代码所限制 的段落衰减（dB）Ac为MPI-S，R点或S，R或S，MPI-R之间所有连接器衰减之和（dB）Af为光纤衰减常数（dB/km）Amc光线路维护每公里余量（dB/km）（2）简易的信噪比计算方法：光规刚设计法不能满足实际应用的要求时，可采用 色散受限式（公式1）及简易的信噪比计算式（公式3）进行系统设计，即利 用保证色散受限和系统的信噪比来确定再生段/光放段的长度。此方法适用光 放段衰耗差别不太大的情况。OSNR =58+Ptot I M-Nf-Aspan-101gN（公式 3）NOSNRn为N个光放段后的每通路光信噪比（dB）M为通路数量Ptot I M为每通路的平均输出功率（dBm）Nf为光放大器的噪声系数Aspan为最大光放段损耗（dB）在信噪比（OSNR）的计算中，取光滤波器带宽0.1nm，在每个光放段R点及MPI-R点的各个通路的OSNR大于22dB的情况下，由光放段损耗来决定光放段的长度，也可确定通过几个OA级联的再生段长度。（3）专用系统计算工具计算：在上述两种均不能满足系统OSNR的情况下，要采用专用系统计算OSNR来确定。上面有关公式的一些取值，请参见中华人民共和国通信行业标准（长途光缆波分复用（WDM）传输系统工程设计暂行规定）及设备厂家的参数。四、设计需要注意的问题（1）光口板的选择在组建传输中，要考虑到光口板接收功率、发射功率的上限值及下限值，根据不同路由长度，选择适当的光口板类型（局内、短距离、长距离、超长距离）。在设计中，选用不同类型光口板时，在通过计算其最大的传输距离，不能满足 需要时，需要增加光衰减或光功率放大器。在局内的光设备组网（或传输距离较近），一般选用局内通信用的光口板（II）。当传输路由长度较长时，也可考虑加光放大器来实现长传输距离的传输。在本 地传输网设计中，常不作考虑。（2）不同波长光口板的选择在组建一个传输网络时，采用光接口板的类型影响到传输中继距离，一般，1550 波长窗口的传输距离都优于1310nm波长的光接口板。在本地网设计中，一般采用 1310nm窗口，长途网常采用1550nm窗口。同一中继段内，对应的两光接口板应同时工作在同一波长（即相同的工作窗 口）。（3）光传输设备厂家的技术参数不同光传输设备厂家的技术参数也不同，在设计中要注意设计文件中的光传输 设备技术参数与所选择的光传输设备厂家是否一致。