【文章內(nèi)容簡介】 變動（維護時附加接頭和光纜長度的增加），外界環(huán)境因素引起的光纜性能劣化， S 和 R 點間其他連接器（若配置時）性能劣化在設計中應保留必要的富余量。 2Ac—— S 和 R 點間其他連接器衰減之和（ dB）， PC（平面連接）型平均 dB/個。 Af—— 光纜光纖平均衰減常數(shù)（ dB/km），廠家一般提供標稱波長的平均值和最大值，設計中按平均值增加 ～ dB/km 取值。 As—— 光纜固定接頭平均熔接衰減（ dB/km），與光纜質量、熔接機性能、操作水平有關。工程中取 dB/km。 在高速率 SDH 傳輸系統(tǒng)中，還需考慮通道功率代價 PL，它是傳輸通道中碼間干擾、光源啁啾、傳輸反射、模分配噪聲等因素引起的信號波形畸變，造成接收判決困難，為保證規(guī)定的誤碼指標而須將接收光功率提高（即接收靈敏度降低的代價）。 蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 13 對于 SDH 和 DWDM 光纖傳輸系統(tǒng)，各項設計參數(shù)相對比較規(guī)范，可將上式中的Af、 As、 Mc三項合并在一起考慮，即要求光纜線路在每千米長度上的衰減不大于 ，此外， Me亦可考慮在 PR之內(nèi)，故而，上式可簡化為： La＝ (Ps－ PR－ PL)/ (km) 式 () 光傳輸系統(tǒng)在不同工作條件下的最大衰減受限距離見表 表 速率等級 STM4 STM16 STM64 工作波長 (nm) 1310 1550 1310 1550 1310 1550 最大衰減受限距離(km) 65 98 56 88 45 70 光傳輸系統(tǒng)的接收靈敏度與接收檢測器類型、系統(tǒng)傳輸速率以及規(guī)定 的誤碼指標有關。一般系統(tǒng)的接收靈敏度列于表 中。 表 光接受機在不同條件下的接收靈敏度 2. 色散受限 系統(tǒng) 色散受限系統(tǒng)再生段距離用下式計算： LD＝ （ ε 106） /（ B D Δλ）（ km） 式 () 式中， LD—— 色散受限再生段長度； ε—— 光源系數(shù)：對于多縱模激光器（ MLM）， ε=； 對于單縱模激光器（ SLM），ε=； B—— 線路傳輸速率（ bit/s）； D—— 光纖色散系數(shù)（ ps/）； Δλ—— 光源譜線寬度（ nm）。 在規(guī)范化的 SDH 系統(tǒng)和 DWDM 系統(tǒng)設計中，傳輸速率，光源性能以及誤碼指標等因素，確定了系統(tǒng)的最大色散容限 Dmax ，色散受限再生距離亦可用下式計算： 速率等級 34Mbit/s STM4 STM16 STM64 BER 109 1010 1012 優(yōu)擾比 (Q) 6 接收機靈敏度 (PR) 42dBm 32dBm 28dBm 22dBm 蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 14 LD=Dmax/D 式 () 式中 ， Dmax—— S 點與 R 點之間允許的最大色散值（ ps/nm）； D—— 光纖色散系數(shù)（ ps/）。 SDH 光傳輸系統(tǒng)在不同條件下的色散受限距離，見表 。 表 SDH 系統(tǒng)在不同條件下的色散受限距離 速率等級 STM4 STM16 STM64 Tb(ps) 1600 400 100 Dps(ps/nmkm) 1310 1550 1310 1550 1310 1550 20 20 20 光源類型 MLM SLM MLM SLM SLM 均方根譜寬(nm) — — — 20dB譜寬 — — Δλ3dB(nm) Lm(km) 62 65 373 15 16 93 8 47 實際設計中，應根據(jù)衰減受限式及色散受限式分別計算，取其兩者較小值確定為最大再生段距離。 光纖傳輸?shù)纳⒀a償 光纖傳輸中的信號衰減由于光放大器的應用而在很大程度上獲得解決，但傳輸色散引起的脈沖展寬則嚴重限制著信號速率和再生距離，成為傳輸設計中的主要矛盾。特別是在系統(tǒng)傳輸速率已達數(shù) 10Gbit/s，再生距離要求更長的今天，這一矛盾則更加突出。因而，研究光纖的傳輸色散，并采用相應措施消除或減少色散的影響，成為傳輸設計中的重要問題。 目前，光纖傳輸設計中采用的色散調節(jié)技術主要有如下兩種： (1)采用色散補償光纖； (2)利用自相位調制效應（ SPM）等。 前一項措施為無源補償方式，而后一項則為有源補償方式。 在密集波分復用（ DWDM）系統(tǒng)中，采用 1550nm 波長對于 與 光纖而言，由于存在或大或小的色散的作用。四波混頻的非線性效應不易產(chǎn)生，但色散引起蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 15 的脈沖展寬則會限制信道傳輸 速率，故高速率 DWDM 系統(tǒng)的傳輸需考慮色散補償?shù)膯栴}。 色散補償光纖（ DCF）的應用 ： 光纖的傳輸色散有正負之分，而正負色散可互相補償（抵消）。這就是 DCF 的作用機理。 DCF 是專門為色散補償制作的具有大的負色散系數(shù)的單模光纖。如 DCF 的色散系數(shù)可達 65ps/，如使用 即可補償 光纖 40km 的正色散。因而可以將色散受限距離提高 40km。 DCF 通常不成纜，盤在一個終端盒中作為一個單獨的無源器件。當然，如果將其成纜作為傳輸光纜的一部分，還可以再增加色散受限距離 。這取決于 DCF 生產(chǎn)水平的提高和其他色散補償技術的進展。因為 DCF 作為一個無源器件時是放在機房內(nèi)，調整和更換都很方便。 DCF 補償方式有兩個問題：一是它的損耗系數(shù)大， ，需要 EDFA 的增益來補償，從這個角度看，這種補償方法的成本代價也存在疑問。第二個缺點是它的色散斜率的絕對值與 光纖的色散斜率并不吻合，因此 DCF 的實際長度需要現(xiàn)場調整。 DCF 補償方式由于技術上簡單易行，尤其在 WDM 系統(tǒng)中應用時其成本是由多個波長系統(tǒng)分擔的，因此是目前最實用的色散補償方法。 色散補償光纖與傳輸光 纖的長度及各自的色散系數(shù)可按下列關系考慮： D1L1＋ D2L2＝ 0 式 () 式中， D1— 傳輸光纖色散系數(shù)； L1— 傳輸光纖長度； D2— 補償光纖色散系數(shù)； L2—補償光纖長度。 DCF 在系統(tǒng)中的配置位置在發(fā)送側應放在 EDFA 與發(fā)送終端之間，這有三個好處：一是便于對 DCF 調整和變換 ； 二是 DCF 先衰耗有利于減輕 OA 的功率飽和限制； 三是避免 DCF 中出現(xiàn)非線性效應。在接收機側 DCF 放在 EDFA 與接收終端之間。這時與發(fā)送側不同，放大后的信號光也仍然較弱，不會在 DCF 中引起明顯的非線性效應。 自相位調制（ SPM）技術 ： 自相位調制是指輸入光強變化時，光纖的折射率隨之改變，從而引起光波的相位產(chǎn)生變化，與光纖的色散相結合后，將導致頻譜展寬，并隨長度的增加而積累，光功率變化越快，導致的光頻率變化也越大，對系統(tǒng)中的高速窄脈沖影響較大。 在光纖傳輸中應用光放大器加大光功率，產(chǎn)生自相位調制（ SPM）的非線性效應，此時在正色散光纖中，光信號脈沖的前沿會出現(xiàn)“紅移”，即光頻變低；光信號脈沖的后沿則會出現(xiàn)“藍移”，即光頻變高而速度變快。這樣，脈沖的前、后沿向中間靠攏，蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 16 從而達到將光纖 色散造成的信號脈沖展寬進行壓縮的目的，這也是“光孤子”傳輸?shù)幕驹怼? 自相位調制（ SPM）產(chǎn)生于傳輸光纖中，條件是信號能量達到其“閾值”，一般在靠近光發(fā)送機或光放大器的部位效果較好。 光纖工作波長的確定 工作波長可根據(jù)通信距離和通信容量進行選擇。如果是短距離小容量的系統(tǒng)，則可選擇短波長范圍及 800～ 900nm。如果是長距離大容量的系統(tǒng)，則選用長波長的傳輸窗口，即 1310nm 和 1550nm，因為這兩個波長均具有較低的損耗和色散。 WDM 信道的標準波長分等間隔和不等間隔兩種分配方案。由于使用 WDM 系統(tǒng)中沒有觀察到四波混頻效應的明顯影響，因此 ITUT 對 光纖的 WDM系統(tǒng)使用標準波長按等間隔配置。對于 WDM 系統(tǒng)確定信道間隔和中心波長有兩種方案可供選擇。一種是利用 EDFA 的 20nm固有平坦帶寬，必須采用 50GHz 信道間隔，另一種是使用 EDFA 的 32nm 帶寬，信道間隔可取 100GHz，但對 EDFA 有增益平坦化修整要求。這兩種方案的選擇取決于設備廠家的技術儲備。如果設備廠家已經(jīng)掌握了 EDFA的增益平坦化技術，那么就應該優(yōu)先選擇后一種方案。 光檢測器的選擇 選擇檢測器需要看系統(tǒng)在 滿足特定誤碼率的情況下所需的最小接收光功率。即接收機的靈敏度，此外還要考慮檢測器的可靠性、成本和復雜程度。光纖通信系統(tǒng)較多采用PINPD（ pin 光電二級管）及雪崩光電二極管（ APD）。為了提高接收機的靈敏度，常將 PINPD或 APD 與場效應管（ FET)組合成為 PINFET 或 APDFET 接收機組件，它們都具有光電轉換和放大作用。 本設計采用 PIN 檢測器， PIN 比起 APD 來簡單，溫度特性更加穩(wěn)定，成本低廉。 光源的選擇 光源是將電信號變成光信號的器件。作為光源可以采用半導體激光二極管 (LD， 由半導體激光器 )、半導體發(fā)光二極管（ LED）。選擇 LED 還是 LD，需要考慮一些系統(tǒng)參數(shù)，比如色散、碼速率、傳輸距離和成本等。 LED 輸出頻譜的譜寬比起 LD 來寬得多，這樣引起的色散較大，使得 LED 的傳輸容量（碼速距離積）較低，限制在 1500（ Mb/s） .km以下（ 1310nm） ； 而 LD 的譜線較窄，傳輸容量可達 500（ Gb/s） .km(1550nm)。 LED與 LD 相比，因為它發(fā)射的不是激光，所以輸出功率較小。半導體發(fā)光二極管可以作為中短距離、中小容量的光纖通信系統(tǒng)的光源。本設計的距離長，通信容量大，所以選擇半導 體激光器作為光源。 蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 17 系統(tǒng)設計的主要技術問題 SDH 系統(tǒng)光接口選擇 工程設計往往是先在局部地區(qū)，甚至是在點對點之間進行的，它們建成之后是可以在局部地區(qū)或點對點之間完成通信任務。然而這種局部地區(qū)或點對點之間的光通信系統(tǒng)必須符合下列進網(wǎng)要求，以便保證公用數(shù)字通信全程全網(wǎng)暢通。 在我國的實際情況是，早年建設的光傳輸系統(tǒng)多半為準同步數(shù)字系列的 PDH 系統(tǒng)，特別是在某些本地網(wǎng)或某些二級干線中。目前，這些系統(tǒng)正逐漸被淘汰。 隨著通信技術的發(fā)展、多業(yè)務傳輸?shù)囊笠约皞鬏斚到y(tǒng)標準的演進，近年建設的光纖傳輸系 統(tǒng)均為 622Mbit/s、 （本地網(wǎng)或二級干線）， 10Gbit/s 或 N(10)Gbit/sWDM 系統(tǒng)（一級干線），故而： （ 1） 通信系統(tǒng)應符合 ITUT 規(guī)范并結合我國數(shù)字通信系統(tǒng)各級接口參數(shù)的有關技術標準，以保證全程數(shù)字信號網(wǎng)絡互聯(lián)、互通的實現(xiàn)。 （ 2） 在系統(tǒng)設計、特別是干線系統(tǒng)設計中要遵循國家對數(shù)字段平均長度的要求，以保證全程數(shù)字段的限制；否則全程數(shù)字段過多，數(shù)字信號劣化可能超過容許指標。 （ 3） 光通信系統(tǒng)主要技術指標是為工程竣工驗收、維護和管理提供依據(jù)，在工作設計中，必須按國家有 關技術規(guī)范予以明確。 （ 4） 隨著通信容量需求的快速增長，目前新建的光纖傳輸系統(tǒng)均為以 SDH 為基礎的密集波分復用系統(tǒng)（ DWDM）。很多原來建設的光纖傳輸系統(tǒng)亦在陸續(xù)進行波分復用改造，以擴大系統(tǒng)的傳輸容量。這些系統(tǒng)的設計與指標確定應按照 ITUT 相關標準與應用代碼執(zhí)行。 普通 SDH 系統(tǒng)與 DWDM 系統(tǒng)的分類及相關應用代碼列于表 、表 中。 表 SDH 系統(tǒng)光接口分類與應用代碼 應用類型 局內(nèi) 局 間 短距離 長距離 甚長距離 光源波長 (nm) 1310 1310 1550 1310 1550 光纖類型 目標距離 (km) 2 15 40 80 等級代碼 STM1 STM4 STM16 STM64 I1 I4 I16 I64 蘭州交通大學 博文學院 畢業(yè)設計（論文） 18 表 DWDM 系統(tǒng)光接口分類與應用代碼 應用類型 長 跨 距 段(80km) 甚長跨距段(120km) 超長跨距段(160km) 跨距段數(shù) 5 6 3 8波長系統(tǒng) 8L5— 8V6— 8U3— 16波長系統(tǒng) 16L5— 16V6— 8U3— 32波長系統(tǒng) 32L5— 32V6— 8U3— 注： WDM 系統(tǒng)的應用代碼格式為 nWx— n：信道（波長數(shù)）； W：跨距段長度（ L80 km、 V120 km、 U160 km）； x：跨距段數(shù)； y：信道速率等級； z：光纖類型（ 、 ）。 工程設計中必須選用取得進網(wǎng)許可證、已定型且批量生產(chǎn)的設備，這不僅能保證設備有良好的技術性能，在設備使用壽命期內(nèi)的運行、維護中還可提供備件和機盤。 在設備選型中，還應注意到我國現(xiàn)行的技術體制，選用符合進網(wǎng)要求的設備。