【正文】 km , DSF光纖 ， fb L～ 20 80=1600 (Gb/s)km μm, SMF光纖 ， fb L～ 1 125=125 (Gb/s) 圖 各種光纖的中繼距離和傳輸速率的關(guān)系 12468102040608010020040080010000 . 0 0 0 1 0 . 0 0 1 0 . 0 1 0 . 1 1 10 100距離 / km單模光纖1 . 5 5 ? m( 量子限制 )1 . 5 5 ?m1 . 3 ? m0 . 8 5 ? m突變型多模光纖同軸漸變型多模光纖單模光纖色散移位光纖600 現(xiàn)在可以把反映光纖傳輸系統(tǒng)技術(shù)水平的指標(biāo) 、 速率 距離 (fb L) ,SIF光纖 ， fb L～ 1= (Gb/s) 在 μm波長上 ， 由于色散大 ， 通常要用單縱模激光器 ， 理想系統(tǒng)速率可達 5 Gb/s， 但實際系統(tǒng)由于光源調(diào)制產(chǎn)生頻率啁啾 ， 導(dǎo)致譜線展寬 ， 速率一般限制為 2 Gb/s。 單模光纖在長波長工作 ， 損耗大幅度降低 ， 中繼距離可達 100～ 200 km。 由圖 ， 對于波長為 μm的多模光纖 ， 由于損耗大 ， 中繼距離一般在 20 km以內(nèi) 。km)， ζλ=3 nm， 而上述其他參數(shù)不變 ， 根據(jù)式 ()計算得到的中繼距離 L≈65 km， 則此時中繼距離主要受色散限制 ， 中繼距離應(yīng)確定為 65 km。 在本例中中繼距離主要受損耗限制 。km)， ζλ= nm。 設(shè)系統(tǒng)平均發(fā)射功率 Pt=3 dBm, 接收靈敏度 Pr=42 dBm， 設(shè)備余量Me=3 dB， 連接器損耗 αc=， 光纖損耗系數(shù) αf= dB/km, 光纖余量 αm= dB/km， 每 km光纖平均接頭損耗αs= dB/km。 從損耗限制和色散限制兩個計算結(jié)果中 ， 選取較短的距離 ， 作為中繼距離計算的最終結(jié)果 。 由表可知 ， 在 140 Mb/s以上的單模光纖通信系統(tǒng)中 ， 色散的限制是不可忽視的 。km)。 ps/(nm 由于光纖制造工藝的偏差 ， 光纖的零色散波長不會全部等于標(biāo)稱波長值 ， 而是分布在一定的波長范圍內(nèi)；同樣 ， 光源的峰值波長也是分配在一定波長范圍內(nèi) ， 并不總是和光纖的零色散波長度相重合 。 ζλ為光源譜線寬度 (nm)， 對多縱模激光器 (MLM LD)， 為 rms寬度 ，對單縱模激光器 (SLMLD), 為峰值下降 20 dB的寬度 。 C0(ps/(nm 把這些關(guān)系式代入式 ()， 同樣得到一個簡明的公式 。 由式 ()取一級近似 ， 得到 ζf=|C0|ζλL, C0=C(λ0)為在光源中心波長 λ0光纖的色散 (ps/(nm 圖 1km光纖帶寬 B1與中繼距離 L的關(guān)系 24681020406080100200400600800100020231 2 4 6 8 10 20 40L / k mB1 / (MHz 把這些關(guān)系代入式()， 并取 a=～ ， 得到光纖線路總帶寬 B和速率 fb的關(guān)系為 B=(～ )fb () 中繼距離 L與 1km光纖帶寬 B1的關(guān)系為 B1=BLγ, 所以 L=［（ ～ ） Ｂ 1/fb］ 1/γ () 或?qū)懗? Lγfb=(～ )B1 () 以 fb為參數(shù) ， B1與 L的關(guān)系示于圖 , 圖中取 ζ/T=， γ=。 B1為 1 km光纖的帶寬 ， 通常由測試確定 。 對于多模光纖系統(tǒng) ， 色散特性通常用 3dB帶寬表示 ， 如式()所示 。 為確定中繼距離和光纖線路色散 (帶寬 )的關(guān)系 ， 把輸出脈沖用半高全寬度 (FWHM)η表示 ， 即 22 )()2( f??? ??? 式中 , η=ζ/, ζ=aT, a為相對 rms脈沖寬度 ， T=1/fb， fb為系統(tǒng)的比特傳輸速率 。 當(dāng) a= ， δ增加到 %， 此時功率代價為 7～8dB， 難以通過均衡進行補償 。 由式 ()和圖 )2( 22?t? ))/1ln(21(?? ??Ta由式 ()得到 a和 δ的數(shù)值關(guān)系， 并列于表 圖 高斯波形的碼間干擾 美國 Bell實驗室 ， 曾建議采用下列標(biāo)準(zhǔn)來考查光纖線路色散對系統(tǒng)傳輸性能的限制 。 高斯波形可以表示為 g(t)=exp () 式中 ζ為均方根 (rms)脈沖寬度 。 嚴重時甚至無法通過均衡來補償 ， 使系統(tǒng)失去設(shè)計的性能 。 我們要討論的問題是 ， 對于一個傳輸速率已知的數(shù)字光纖線路系統(tǒng) ， 允許的線路總色散是多少 ， 并據(jù)此計算中繼距離 。 (帶寬 ) 如果系統(tǒng)的傳輸速率較高 ， 光纖線路色散較大 ， 中繼距離主要受色散 (帶寬 )的限制 。 平均接頭損耗可取 dB/個 ， 每千米光纖平均接頭損耗 αs可根據(jù)光纜生產(chǎn)長度計算得到 。 在 1550 nm, αf為 ～ dB/km。 設(shè)備余量 Me包括由于時間和環(huán)境的變化而引起的發(fā)射光功率和接收靈敏度下降 ， 以及設(shè)備內(nèi)光纖連接器性能劣化 ， Me一般不小于 3 dB。 表 5 . 10示出長途光纖通信系統(tǒng)BERav≤1 1010時的接收靈敏度 Pr。 平均發(fā)射光功率 Pt取決于所用光源 ， 對單模光纖通信系統(tǒng) ， LD的平均發(fā)射光功率一般為 3～ 9dBm, LED平均發(fā)射光功率一般為 20～ 25 dBm。 在這種情況下 ， 要求 S和 R兩點之間光纖線路總損耗必須不超過系統(tǒng)的總功率衰減 ， L(αf+αs+αm)≤PtPr2αcMe 或 L≤ msfccrtaaaMapp????? 2式中 ， Pt 為平均發(fā)射光功率 (dBm)， Pr為接收靈敏度 (dBm)，αc 為連接器損耗 (dB/對 )， Me 為系統(tǒng)余量 (dB)， αf為光纖損耗系數(shù) (dB/km), αs為每 km光纖平均接頭損耗 (dB/km), αm為每 km光纖線路損耗余量 (dB/km), L 為中繼距離 (km) 。 圖 路系統(tǒng)的示意圖 ， T′, T: Tx: Rx: C1, C2: S: 靠近 Tx的連接器 C1 R: 靠近 Rx的連接器 C2 SR: 光纖線路 ， 包括接頭 。 中繼距離受光纖線路損耗和色散 (帶寬 )的限制 ， 明顯隨傳輸速率的增加而減小 。 中繼距離的設(shè)計有三種方法：最壞情況法 (參數(shù)完全已知 )、 統(tǒng)計法 (所有參數(shù)都是統(tǒng)計定義 )和半統(tǒng)計法 (只有某些參數(shù)是統(tǒng)計定義 )。 統(tǒng) 的 設(shè) 對數(shù)字光纖通信系統(tǒng)而言 ， 系統(tǒng)設(shè)計的主要任務(wù)是 ， 根據(jù)用戶對傳輸距離和傳輸容量 (話路數(shù)或比特率 )及其分布的要求 ， 按照國家相關(guān)的技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)和當(dāng)前設(shè)備的技術(shù)水平 ， 經(jīng)過綜合考慮和反復(fù)計算 ， 選擇最佳路由和局站設(shè)置 、 傳輸體制和傳輸速率以及光纖光纜和光端機的基本參數(shù)和性能指標(biāo) ， 以使系統(tǒng)的實施達到最佳的性能價格比 。 根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn) ， 以 5000 km為基準(zhǔn) ， 按長度平均分配給各種數(shù)字段長度 ， 相應(yīng)的全年指標(biāo)如表 ， 假設(shè)平均故障修復(fù)時間 MTTR=6 h。 市內(nèi)數(shù)字光纜通信系統(tǒng)的假設(shè)參考數(shù)字鏈路長為 100 km, 容許雙向全程每年 4次全阻故障 ， 對應(yīng)于 50 km數(shù)字段雙向全程每半年 1次全阻故障 。 失效率 PF可以表示為 %100%100 ????? MTTRMTBF MTBFP F 總工作時間不可用時間可用時間由式 ()和式 ()得到 PF=(1A) 100% () 在有備用系統(tǒng)的情況下 ， 失效率為 PF= () 式中 m和 n分別為主用系統(tǒng)數(shù)和備用系統(tǒng)數(shù)， P=MTTR/MTBF。 兩者的關(guān)系為 MTBFn1?? (3) 可用率 A和失效率 PF。 如果通信系統(tǒng)由 n個部件組成 ， 且故障率是統(tǒng)計無關(guān)