光网络的传输设计方法研究苗 新（总装备部工程设计研究总院，北京１０００２８）摘要：本文介绍了最大中继距离的光传输设计模型，比较了最坏值设计法、联合设计法和统计设计法这三类最大中继距离的光传输设计方法的特点，给出了实际可以达到的再生段距离的具体计算方法，例举了自愈网， ＷＤＭ、光放大器， ＰＯＮ及ＡＯＮ工程应用中孺要考虑的附加条件。姜肆询，光网络光传输设计方法传输距离算法应用１光纤网络的传输设计模型光纤通信系统设计涉及到的内容很多，包括进行整体规划、确定通路组织和系统配 置、选择系统类型、计算最大中继距离、考虑各项指标是否满足要求等。本文的重点将讨论计算最大中继距离的光传输设计方法。光传输设计主要是指光信号的损耗和色散参数的实际工程设计。通常，光传输设计 模型包括发送机、光通道和接收机，发送机与光通道之间定义Ｓ参考点，光通道与接收机之间定义Ｒ参考点，Ｓ参考点与Ｒ参考点之间为光通道。按照光传输设计模型，整个光通道损耗的组成请见图１． 发送机 光通道 接收机托源Ｍｅ７ ｃ．洛Ａｃ －Ａｄ， Ａ，－下工〔 Ｉ／ｈ ＿Ｍｃ．．．．．Ｌ ．．． Ｐ．．．． ．．．ｙ ．． Ａ．．．．．．．．ｃ ． ．Ｐ． ＣＡＸＭｅｎ日睡．匕１图１光通道损耗的组成 ２光传输设计方法在实际组网应用中。对于光信号的损耗和色散参数而言。通常有三类光传输设计方 法，即最坏值设计法、联合设计法和统计设计法（包括半统计设计法），都能适用于光ＰＤＨ系统和光ＳＤＨ系统，具体特性比较请见表１。最坏值设计法能够满足系统光接口的横向兼容性，具有简单可靠的特点，缺点是过于保守，导致资源的浪费和建设成本的提高。而联合设计法和统计设计法不能保证系统光接口的横向兼容性。但联合设计法能够满足某些特殊场合的实际需要。包括半统计设计法在内的统计设计法虽然存在很小的系统先期失效概率，但能够充分利用系统资源、降低工程建设成本，是一类广泛适用的新方法。半统计设计法的经济性和可靠性介于最坏值设计法和统计设计法之间。表１光传输设计方法比较表项目最坏值设计法联合设计法统计设计法半统计设计法统计设计法光通道的所有光参数都按系建设单位可以与设光通道参敌按离徽性依据概率统计理论，按光通道今数含义统寿命终了前、系统，余度备提供厂商协商确大小或对传轴距离贡的统计分布特性，用预先确定的足都用完且处于允许的工作盆定一套特殊的增强献大小，部分取统计够小的系统先期失效概率来换取延度范围内任何点取值型的光通道参数值、部分取最坏值长光通道再生段距离的好处ｔｆａ口的纵向｝满足｝一满足｝｛浦足｝一满足盆容性横向｝｝一不保证不保证｝一不保证标准规范性一｝满足最好｝一最差居中｝一较好可招性１ １一 －１０Ｄ０｝Ｉ一１０００．较高｝一最差复杂性一｝最简单居中较复杂｝一最复杂较好｝居中Ｉ｝．好经济性资ａ利用一｝一｝最差最差Ｉ｝较差｝一较好最好适用性荃本方法满足某些特殊场合改进方法新方法 传统方法的实际需要 广泛适用广泛适用为了便于更好地实现基本光缆再生段上的横向兼容性，Ｉ ＴＵ－Ｔ Ｇ．９５７建议的最坏值设计法在１９９５年发生一些变化，具体请见表２．表２ 最坏值设计法的一些变化情况项目１９９５年之前的．坏值设计法目前的最坏值设计法，佘度分配只划分为设备，余度Ｍｅ和光坦线路的宫余度Ｍｃ．，余度分胜给了发送机、接收机和光纽线路设筋。只适用于ＰＤＨ系统．适用于ＰＤ爪统和ＳＤＨ系统．用于ＳＤＨ时Ｍｃｒ归入Ｐｒ内，Ｍ断归入ＰＴ内。通常取Ｍｅ ＝３－４ｄＢ．通常取发退机宫众度Ｍｅｒ＝ＩｄＢ旅收机，余度Ｍｑ－ｌ－０－［ｃＢ狡－０．０５－０．３ｄＢｌｌ－，且一个再生段的光纽线路，余光纽妞璐，余度Ｍｃ０－．０５０－．３０ｌｌｒｍ，且一个再生段的度５５ｄＢ．光绷找路，余度（４ｄＢ．所有，余度ＳＳｄＢ．＿所有，余度簇叼日．＿光通道功率代价取Ｉ ｄＢ通常取ＩｄＲ． １，１６．２系统取２ｄＢ 蒙特卡洛法、映射法和高斯法这三种ＩＴＵ－Ｔ推荐的统计设计法各自都有其特点，从算法、计算量、计算收敛速度、计算精度和适用范围方面，它们的特性比较请见表３ｅ项目｝．特卡洛法｝映射法｝高斯法所需运算方法一｝ｉｔｘｌ｝＂ＯＵＤ９９４Ｉａ”１｝一ｔｉｔ＃，复杂高斯分布的均值和方差运林，．简单一．大与计算精度直接相关一｝大，与计＂ｌＡ宜接相关．小．与计算箱度不直接相关计算收彻度一｝最慢中不存在收致过度问压计算箱度以蔺机抽样结果为基础带有具有确定性，抽样点数足够多．取决于光，致的统计分布与高斯分布随机性，计葬栩度正比于Ｎ＂可以以任愈确定的摘度趋近Ｘ的近似程度．不随计算ｔ的增加而提高扭为抽样点数）值适用范围摄耗叉限系统和损耗受限系统和损耗受限系统色欣受限系统色胜受限系统１２２再生段距离的设计通常要综合以下三种情况。第一种情况是损耗受限系统，即再生 段距离Ｌ，由Ｓ参考点与Ｒ参考点之间光通道的总损耗决定。第二种情况是色散受限系统，即再生段距离Ｌｄ由Ｓ参考点与Ｒ参考点之间光通道的总色散决定．第三种情况是光接收机动态范围对再生段光通道长度Ｌ的要求。当不满足Ｌ，＜－Ｍｉｎ｛ Ｌ， Ｌｄ｝时，再生段光通道中需要配置光衰耗器，使之满足该条件。实际可以达到的再生段距离Ｌ的具体计算请见表４。表４ 实际可以达到的再生段距离Ｌ的具体计算方法方法｝项目｝参致Ｉ计算公式光通道的总扭佑ｄＢ）Ｐａ ＝ＰＴ－ＰＲ一Ｐｒ联合设计法再生段先扭的平均光损耗受限系统Ｉ一ｒ匀目‘饭“，七．习‘．“纤衰减系吸（ｄＢＩＡ７ｎ）Ａ，．艺ａ，Ｉ．甲，月‘七凡－ｒ由目，火：洲ｍ早七（ｄＢ）摊，・艺ａ．Ｒ。一Ｉ）再生段距离（Ｉｏｎ ）：』。ｐ＝＿Ａ，＋Ａ， 二， － ＩＥ三＝止达Ｌ，＋Ｍ‘色胶受限系统｝｝再生段距离（Ｉｏｎ）｛Ｉ 动态范围耍求翔再生段距离Ｌ （Ｉｏｎ）Ｉ Ｌ‘ Ｌ＝Ｄ．ＩＤ．再生段眨离（Ｉｏｎ），＃Ｌ－，＝Ｐ＜Ｎｉ，ｎ Ｉ －Ｌ， 二ＡＰｆＬ．＋］下＋Ａ－花Ｅ， ； ＩＡＬｃ，－＋ＰＭｃｒ－Ｄｒ实际可以达到解摄耗受限系纽再生段距离（ｋｍ）Ｌ二Ｐ，“ｔ＋口一ＩＬ，＋ｎ＋ ， － Ｐ， － ２ Ａｎ － Ｐ．坏值设计法ｒ色教受限系统ｉ再生段距离〔ｋｍ）｝肠二。．／Ｄ＿或哀５中的公式昌‘州眨启七．即Ｊ冠１１、二目刀，哈．．．口，伯，、再生段距离（ｋｍ）Ｌ．二Ｐ －ａ ｝Ｐ， ｙ＋ａ一！Ｌ，＋Ｍ‘ －２ Ａ， － Ｐ， － Ｄ，实际可以达到Ｎ纽再生段距离Ｌ （ｋｍ）｝１．４Ｌ！ＧＹｉｎ （４，肠ｆ统族特卡洛实际可以达到的再生段距离Ｌ （ｋｍ）ＬＳＬ＃Ｍｉ川肠，肠Ｉ．在一定的系统先用失效概举条件计（ＭｏａｔａＣｍｋ赔下，通过对随机过怪棋拟来求出Ｌ． ［ａ和Ｉ，＂设映射法实际可以达到的再生段距离Ｌ（ｋｍ）ＬｆＬ－＜Ｍｉｎｆ ＩＬ． Ｌ．｝。在一定的系统先期失效相率条件计下，通过对随机过理的卷积计算来求出Ｌ． ４和１－法高斯法实际可以达到的再生段巨离Ｌ （ｋｍ）１，ＦＬ｝４，在一定的系统先期失效概＊条件下，通过对随机过程高斯分布的均位和方差运算来求出Ｌ＂和４＂注：ＰＴ为光发送功率。单位为ｄＢｍ： Ｐｎ为光接里灵峨度．单位为ｄＢｍ： Ｐｐ为光通通功率代价，通常取１ ｄＢ： ｎ为再生段内光棍的盘致．无单位：。。为单盘先吸的光纤衰减不致，单位为ｄＢｌｋｍ；口。为单个光纤接头的提耗，单位为阳：Ｌｐ为单盘光说的盘长，单位为ｋｍ， Ｍｃ为光该践路的，众度，单位为ｄａｌｋｍ： ＥＡｃ为Ｓ与Ｒ点之间所有光好连接．的摄耗，当有两个光纤活动连接粉时其栩耗＃ Ａｃ －２Ａｃ。单位为ｄＢ： ＰＴ，为．小光发送功攀，单位为ｄＢｍ； Ｐ．为最差光接受灵艘度，单位为ｄＢ．： Ｄ“为５与Ｒ点之间光通道的可用允许总色散值，单位为Ｐｓｌｎｍ： Ｄｍ为Ｓ与Ｒ点之间允许工作波长范困内光往中光纤色欣系致绝对健的平均值．单位为Ｐ５１（ｍａ ＂ｂ＾）；Ｄ．为５与Ｒ点之同允许工作故长范圈内光组中光好色触系掀绝对值的．大值，单位为，Ｉ（ｍｎ ＂ Ｉｏｎ）： Ｄ．为光接收机的动态范日．举位为ｄＢ： Ａｃ，为光好配线架或盘上的附加光纤活动连接器的．大摄耗，按两个考虑，单位为ｄＢ； Ｐ、为．大光通道功串代价．单位为ｄ日：。一为单盘光组的．大光纤襄减系盆，单位为ｄＢ／ｋｍ：二为单个光纤接头的．大报耗，单位为ｄＢ．１２３在不同光发送机及其它的条件下，色散受限系统的再生段长度Ｌｄ的计算公式请见 表５．表５不同的条件下色散受限系统的再生段长度计算公式条件色教受限系统的再生段长度Ｌ．的计算公式光发送机中的光泥为多纵模滋光籍（ＭＬＭ－ＬＤ）或发光二极管（ＬＥＤ），色散功率代价主要来自码间干扰和柳式分配嗓声，色胜功率代价取ＩｄＢ．ＬＪ＝—１０９Ｅ 刀刀６Ａ 光发送机中的光沥为单纵模滋光器（ＳＬＭ－ＬＤ），假设光脉冲波形为高斯形，允许脉冲展宽不超过１０％，色徽功率代价主要来自频率阅嗽声，色乙，二一一一，二０． ０７１４－代：散功率代价取ＩｄＢ．ａ口只｀Ｂ｀ 光发送机中的的光像采用色散功率代价取ＩｄＢ．系统工作在Ｌ５５ＮＥ调制基．色散功率代价主ｐｍ波长窗口．１０４０００ Ｌ，，＝一，二，，；－要来自色度色散引起的码间刀Ｂ｀ 干扰。色徽功串代价取２ｄＢＬ，＝一０．ＤＡ‘ ３Ｂ｀一注：与为色教受限系统的再生段长度单位为Ｓ ｋｒｎ ：为与光通通功率代价有关的系坟参数，无ｔ纲常数，光ｖｔ为９ ＭＬＭ－Ｌ时‘川１１５，光沮为ＬＥＤ时‘ｃ ｝ ＡｒＡ．为光通道传轴比特率，单位为４ Ｇｂｉｔ（ｓ，为整个再生段ｔ与７点之间允许工作波长范围内光纽中光纤的平均色敬系数绝对值，单位为｝ ｖｄ（ｍｎ－ｋｒｌｌ）：６ Ｓ为先沮均方根询宽，单位为ｍｎ，为阅嗽系数，无皿纲常致，光涯为普通Ａ ｎｘ派光器时『＿ｄ．。光江为普通ａ：子拼渔光公时ｆ ａ ２－光洲为应力Ｊ：子阱橄光器时萨１心．光汀为电吸收１４１Ｅ讲调制器的滋光县模块时。－０－Ｉ：为光源工作波长．单位为９ｍ３应用上述光传输设计方法在实际工程应用中，要根据不同情况，附加必要的条件，具体 请见表６０应用场合Ｉ附加条件常规传抽系统中｝无有自愈网的系统中Ｉ互为保护侧换的光姗均要进行最大中缝距离设计．实际距离取ｔＪ，、也有ＷＤＭ的系统中ＷＤＭ．件的擂入祠耗、抽入色胜、带内平坦性，通带宽度，保证整个ＷＤＭ系统正常工作．需要在ＷＤＭ器件通带内最大损耗、最大色胜对应的波长处进行．大中健距离设计，实际距离取最小值。有光放大器的系统中光放大答的姗益特性、饱和输出功率、工作带宽、吸声系数、Ｊ益平坦度及反射系致，光放大易引入的非找性闷厄、光浪泪问月和色胜问月．在通带内最大很耗、．大色徽对应的波长处进行．大中继距离设计．实际距离取最小位．有无退光网络（ＰＯＮ）和有渔光网络光无铆器件和光有钾月件的描入摄耗、描入色胜、通带宽度，在通带内．大摄耗、（Ａ曰阅的系统中．大色欣对应的波长处进行．大中组距离设计，实际距离取级小值。今考文献（略）１２４
