光傳輸系統的無中繼傳輸距離怎麼估算?

2021-01-22 酷扯兒

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在光通信系統中,根據所處位置不同,光模塊分為客戶側光模塊和線路側光模塊。那麼這兩類光模塊的傳輸距離有什麼方法可以估算嗎?下面我們簡單聊一聊。

客戶側光模塊傳輸接入距離

光傳輸系統的客戶側光模塊的接入距離,在光纜質量一定的情況下,主要受限於客戶側光模塊本身的性能指標。我們以CFP-100G-ER4客戶側光模塊的指標為例:

在上表中,我們主要關注發送光功率,接收靈敏度和過載點這三個指標。

(1)發送光功率指的是TOSA組件LD的發射光功率為-2.9~+2.9dBm,也即光模塊 out 口的發光功率,這個值是四個中心波長子波的合波光功率,可以通過Pt=Ps+10lg4=Ps+6,計算出來。

(2)接收靈敏度指的是ROSA組件也即是光模塊 in 口可正確接收滿足一定誤碼率情況下的最小光功率為-21.4dBm,一般接收端有PIN和APD兩種形式,ADP雪崩二極體一般比PIN管的靈敏度要好。簡單一點說,當光功率因為插損或光纖損耗小於靈敏度時,將不能正確識別信號。

(3)過載光功率也指的是ROSA組件 in 口最大允許的光功率,上圖中的指標為4.5dBm,超過這個值,嚴重的將燒毀光模塊。

在以上客戶側光模塊指標下,我們來估算一下,它的傳輸距離。假設文中CFP-100G-ER4光模塊的out口發光-2dBm, 收端靈敏度最高-21dbm, 假設光纖損耗係數為0.25db/km,那麼此光模塊支持的最遠傳輸距離是(-2-(-21))/0.25=76km。這個值比上面給出的建議值40km要大出很多,一個是因為40km是考慮一定餘量和光纖損耗係數大於0.25dB的情況下,另一個是工程中實際收端光功率取值範圍推薦為(過載點-5,靈敏度+3),也就是(-0.5,18.4)之間取值。

以上提供了估算客戶側光模塊接入距離的簡單思路,實際工程中需要考慮具體的情況,比如說準確的光纖損耗係數,最佳接收靈敏度等。

線路側光模塊傳輸距離

接著,來看一看線路側光模塊,在這裡我們以DWDM 100G線路側光模塊為例。與客戶側光模塊不一樣的是,線路側光模塊的傳輸距離就不僅僅主要是由發光功率和靈敏度決定,還需要考慮不同編碼調製和FEC下OSNR的門限。通常我們會在收發兩端增加放大器OA(EDFA+Raman)來實現長距離傳輸。下圖是某個100G線路側光模塊指標:

我們以單跨段只傳輸一波單跨段的情形舉例。以上表中發端發送光功率0dBm為入纖光功率(損耗=增益),-16dBm接收靈敏度。同時假設系統OSNR門限要求最低為15dB,總的放大器噪聲係數Nf為6dB來估算。

根據OSNR 58公式,15=0-(-58+6+增益),可以推出,最大增益為37dB(可能的放大配置為Raman的10dB增益+EDFA的27dB增益)。假設光纖損耗係數為0.25dB/km,我們可以得出,可傳輸的光纖距離為:

(0-(-16)+37)dB/0.25(dB/km)=(53dB)/(0.25dB/km)=212km。

以上只是考慮單跨段一級放大,普通的傳輸環境中,對粗略的距離估算提供一種思路。同理,在工程中,接收端光功率並不是設定在靈敏度最低值,而是一個最佳接收靈敏度,通常可能是在(過載點-5,靈敏度+3)。

最後說一下另外一種情況,在實際的環境中,我們經常遇到超長距傳輸或者遇到穿越沙漠、高原、湖泊等情形。為了進一步解決OSNR受限、延長傳輸距離,可在光纖鏈路中間部分對光信號進行預先放大,也就是遙泵方案。在傳輸光纖的適當位置熔入一段摻鉺光纖,並從單長跨距傳輸系統的端站(發射端或接收端)發送一個高功率泵浦光,泵浦雷射器的位置和增益介質(鉺纖)不在同一個位置,經過光纖傳輸和合波器後注入鉺纖並激勵鉺離子。

好了,現在就先說到這了,可能存在描述不準確嚴謹的地方,請指正,並感謝您的閱讀。

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