关于光传输工程的设计方法

光传输系统主要是一个衰减受限和色散受限的系统。因此，其系统的工程设计相对比较复杂，其不同的应用场合（分类代码）涉及的参数指标较多，既要考虑传输性能的保持，又要考虑工程的投入成本，还要考虑系统的升级等因素。为此，ITU-T在各建议规范光接口的同时，都推荐了相应的光传输工程的设计方法的考虑，以实现其横向兼容性。我国标准参照ITU-T相关建议也对光传输工程的设计方法的考虑做了要求，下述结合我国的相关标准给以简要的介绍。

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一、GB/T 20185的要求

在GB/T 20185-2006《同步数字体系设备和系统的光接口技术要求》中，其附录A《光传输工程的设计和升级考虑》（资料性附录）介绍了下述光传输工程的几种设计方法及升级的考虑，其主要内容有

1、设计假定；

2、最坏情况设计法；

3、统计设计法；

4、升级考虑：升级到更高速率等级；升级到更长传输距离；从单路升级到多路系统

5、光的安全考虑；

6、联合工程设计。

若要详细了解上述具体内容的请查阅下附件1-1。

附件1-1：《光传输工程的设计和升级考虑》

在上述光的安全考虑，主要参照的是ITU-T G.664。ITU-T G.664建议书为在光传输网络的光接口上实现光学安全工作条件（人眼和皮肤）的技术提供了指导和要求，特别是对于采用高功率喇曼放大技术的系统，受限制和受控地点的设备。还包括同步数字系列（SDH）系统定义的自动激光关闭（ALS）程序、采用高功率喇曼放大技术的系统提供的自动功率降低（APR）程序的新指南等。若要详细了解ITU-T G.664建议书具体内容的请查阅下附件1-2。

附件1-2：ITU-T G.664（10/2012）《光传输系统的光学安全程序和要求》

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二、GB/T 15941的要求

在GB/T 15941-2008《同步数字体系（SDH）光缆线路系统进网要求》中也介绍了光传输系统的上述三种设计方法：最坏值设计法、联合设计法和统计设计法，但与上述GB/T 20185-2006的解释与叙述方式不甚相同。另外，还给出了一种设计方法为：与光放大器和色散调节有关的设计方法。其4种设计方法的内容详见下表2。

表2：SDH光缆传输系统的四种设计方法

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三、GB/T 51242的要求

1、设计方法要求

在GB/T 51242-2017《同步数字体系（SDH）光纤传输系统工程设计规范》中规定：光同步数字传输系统（SDH）中继段设计应采用最坏值设计法。

其理由是：最坏值设计法，即在设计中继段时，将所有光参数指标都按最坏值（即系统寿命终了前，所有系统和光缆富余度都用尽，且处于允许的最恶劣的环境条件下仍能满足的指标）进行计算。采用最环值设计法的系统不存在先期失效问题，缺点是各项参数同时出现最坏值的概率极小，因而在正常情况下有相当大的富余度，设计结果比较保守，在一定程度上会使系统总成本有所提高。但最坏值设计法为工程设计人员和设备制造厂商提供了简单的设计指导和明确的元部件指标，并且可以实现基本光缆段上设备的横向兼容，因此设计应中优先选用最环值设计法。

2、设计要求

GB/T 51242-2017规定：采用最坏值设计法时，对于STM-16及以下速率的系统，中继段设计长度应同时满足系统所允许的衰减和色散的要求，应分别计算出衰减受限和色散受限时的中继长度，取其中的最小值。对于速率为STM-64的系统，中继段设计距离应同时满足系统所允许的衰减、色度色散（CD）及极化模色散（PMD，一般要求PMD≤10 ps）的要求。

在GB/T 51242-2017中，采用最坏值设计法时，对于STM-16及以下速率的系统，分别给出了下述衰减受限和色散受限时的中继长度计算方法。而这个计算方法是遵从于下图3-2所示的光缆传输系统的参考配置

图3-2：光缆传输系统参考配置

1）衰减受限系统

对于衰减受限系统，先根据S和R点之间的所有光功率损耗来确定总的光通道衰减值，然后据此确定光接口参数规范中适用的系统分类代码及相应的一整套光系统参数。当光通道衰减值落在不同的应用场合之间的重叠区时，则两种系统分类代码下的两套光参数都是适用的，最经济的设计是对应较小衰减范围的那套系统。衰减受限系统实际可达中继段距离可用下式估算，式中符号的含义、说明及参考取值详见下表3-2。

L = (P_S - P_r - P_p - ∑A_C) / (A_f + A_s + M_C)

表3-2：衰减受限系统中继段距离计算符号含义、说明及参考取值

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2）色散受限系统

对于色散受限系统，可首先确定所设计的中继段的总色散值，然后据此确定光接口参数规范中适用的系统分类代码及相应的一整套光系统参数。此处的色散指色度色散（CD）。色散受限系统实际可达中继段距离可用下式估算：

L＝10⁶·ε /（B·D·δλ）

式中：L为中继段长度（km）；ε当光源为多纵模激光器时取0.115；当光源为单纵模激光器时取0.306；B为线路信号比特率（Mbit/s）；δλ为系统寿命终了时光源的均方根谱宽（nm）。D为系统寿命终了时光纤色散系数（ps/nm·km），G.652光纤光纤色散系数按18 ps/nm·km取定（1550 nm工作窗口）；对于G.655光纤，不同厂家的光纤色散系数差别较大，应根据光纤类型具体取定。

色散受限系统中继段距离，亦可采用下式估算，式中D_max为S、R点之间允许的最大色散值（ps/nm）；D的含义同上。

L＝D_max / D

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光传输工程的设计方法的考虑是基于各等级光接口的参数及规范值的，而光接口的参数及规范值又是基于各种应用的（主要是目标距离），而规范各种应用的目的是为了满足混用各个生产厂商的光传输设备的能力。

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