程 華 范雅林 于天澤

（1．北京鐵路通信技術(shù)中心，北京 100038；2．北京通信段，北京 100038；3．中國鐵路通信信號集團(tuán)公司，北京 100766）

目前，中國高速鐵路設(shè)計(jì)和施工質(zhì)量受到前所未有的關(guān)注。2010年鐵道部發(fā)布的《高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10755-2010）是一部實(shí)用有效的規(guī)范，但該標(biāo)準(zhǔn)的有些內(nèi)容值得商榷。根據(jù)該標(biāo)準(zhǔn)的規(guī)定，高速鐵路光纜線路驗(yàn)收測試指標(biāo)主控項(xiàng)目有“接續(xù)光纖雙向接頭損耗、中繼段光纖線路衰耗、中繼段最大離散反射系數(shù)、S點(diǎn)最小回波損耗和偏振模色散”共5項(xiàng)。鑒于在該標(biāo)準(zhǔn)中沒有提出色度色散要求，而這項(xiàng)指標(biāo)又非常重要，有可能影響光傳輸系統(tǒng)的開通調(diào)試和實(shí)際運(yùn)用質(zhì)量，本文就此進(jìn)行簡要的分析和討論，并提出相應(yīng)的修改建議。

1 光纖性能指標(biāo)對傳輸系統(tǒng)再生段距離的影響

長途SDH光傳輸系統(tǒng)由光發(fā)送機(jī)、再生器、光接收機(jī)和光纖等組成，如圖1所示。光發(fā)送機(jī)發(fā)送的光信號經(jīng)過光纖傳輸后到達(dá)光接收機(jī)，理論上只要接收的光信號功率在接收靈敏度以上，接收機(jī)就能將光信號正確地還原成電信號。但是由于光源信號有一定的譜寬，不同波長的光信號經(jīng)過光纖傳輸后，由于其時(shí)延不同，光脈沖會(huì)展寬，嚴(yán)重時(shí)會(huì)導(dǎo)致前后脈沖碼間干擾，使接收端產(chǎn)生誤判。因此，在設(shè)計(jì)長途傳輸系統(tǒng)時(shí)，除了考慮衰減的影響，還必須考慮色散對光傳輸系統(tǒng)再生段的影響，從而引出了兩種類型的傳輸系統(tǒng)再生段受限系統(tǒng)：受光信號衰減限制的稱為衰減受限系統(tǒng)，受色散限制的稱為色散受限系統(tǒng)。

1.1 衰減受限系統(tǒng)

衰減受限系統(tǒng)再生段距離由公式（1）計(jì)算：

式中，L是衰減受限再生段長度（km）；Ps是S（或MPI-S）點(diǎn)壽命終了時(shí)的光發(fā)送光功率（dBm）；Pr是R（或MPI-R）點(diǎn)壽命終了時(shí)的光接收靈敏度（dBm），BER≤10-12；Pp是最大光通道代價(jià)（dB）；∑ Ac是點(diǎn)S（或MPI-S）、點(diǎn)R（或MPI-R）點(diǎn)間活動(dòng)連接器損耗之和（dB）；Af是光纖平均衰減系數(shù)（dB/km）；As是光纖固定熔接接頭平均損耗（dB/km）；Mc是光纜富余度（dB/km）。

由于1 310 nm窗口光波衰減較大，一般長途傳輸均采用1 550 nm窗口光波，取典型參數(shù)計(jì)算，1 550 nm窗口衰減限制的再生段距離約為80 km。

1.2 色散受限系統(tǒng)

光纖的色散分為模間色散、色度色散和偏振模色散。長途運(yùn)用僅僅用到單模光纖，所以模間色散可以不考慮。

色度色散（CD），指光源光譜中不同波長分量在光纖中的群速不同所引起的光脈沖展寬現(xiàn)象，主要由材料色散和波導(dǎo)色散組成。材料色散是由光纖材料的折射率隨光波長變化引起；波導(dǎo)色散是光纖中同一個(gè)模的群速度隨光波長而變化引起。這2種色散共同決定了色度色散的大小。

偏振模色散（PMD），指2個(gè)相互正交的光波在光纖中傳播的差分群時(shí)延（DGD），由纖芯或包層的橢圓度、非對稱機(jī)械熱應(yīng)力、玻璃表面的應(yīng)力及外部應(yīng)力、彎曲或扭曲產(chǎn)生。DGD隨波長、環(huán)境條件而變化，是波長和時(shí)間的隨機(jī)變量。

當(dāng)色度色散或偏振模色散引起的脈沖展寬足夠大時(shí)，會(huì)造成碼間干擾，產(chǎn)生誤碼，限制再生段的距離。

1.2.1 色度色散限制的再生段距離

色度色散受限系統(tǒng)再生段距離L（km）：

式中，Dmax是S（或MPI-S）、R（或MPI-R）點(diǎn)間系統(tǒng)允許的最大總色散（ps/nm）；D是光纖色度色散系數(shù)（ps/nm·km）。由公式（2）可計(jì)算出1 550 nm窗口色度色散限制的再生段距離，當(dāng)采用G.652光纖時(shí)約89 km，采用G.655光纖時(shí)約270 km。

1.2.2 PMD限制的再生段距離

由PMD限制的再生段距離由公式（3）計(jì)算（取DGDmax=0.1T=0.1/B時(shí)）：

式中，L是偏振模色散限制的再生段距離（km），DGDmax為最大差分群時(shí)延（ps）；PMD系數(shù)為傳輸鏈路的偏振模色散系數(shù)T為信號周期，B為信號傳輸速率，取Gbit/s。由公式（3）可以看出，當(dāng)傳輸鏈路PMD系數(shù)不變時(shí)，再生段距離隨傳輸速率的平方成反比下降。例如，當(dāng)傳輸速率由2.5 Gbit/s上升到10 Gbit/s時(shí)，再生段距離變成原來的1/16；當(dāng)傳輸速率不變時(shí)，傳輸距離隨傳輸鏈路PMD系數(shù)的平方成反比下降。由公式（3）計(jì)算出PMD限制的再生段距離如表1所示。

表1 再生距離隨PMD系數(shù)和速率的變化，加一列622 M

由以上計(jì)算可以看出，當(dāng)再生段距離在80 km以上時(shí)，色度色散已不能忽略。通過光放大器可以解決衰減問題，通過色散補(bǔ)償光纖可以解決色度色散的問題，對于10 Gbit/s傳輸系統(tǒng)，當(dāng)傳輸鏈路時(shí)，且傳輸距離大于400 km時(shí)，必須考慮PMD的影響。

1.2.3 光纜工程施工對色散的影響

工程經(jīng)驗(yàn)表明，光纜敷設(shè)質(zhì)量、彎曲或扭曲、環(huán)境溫度、老化等均會(huì)對色散產(chǎn)生影響，即相對于出廠值會(huì)發(fā)生一些變化。

1.2.4 光傳輸工程的色散補(bǔ)償

鐵路目前光傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)中，一般取典型值進(jìn)行光纖色度色散受限距離計(jì)算，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行補(bǔ)償，一般不考慮PMD的影響。以某高鐵傳輸系統(tǒng)工程為例，Dmax取1 400 ps/nm，|D|取18 ps/nm·km，色度色散受限距離按（2）式計(jì)算為77 km，在此估算的基礎(chǔ)上，根據(jù)光纖類型對色散進(jìn)行補(bǔ)償。

2 對鐵標(biāo)的修改建議

《長途通信光纜線路工程驗(yàn)收規(guī)范》（YD5121-2005），規(guī)定長途光纜線路中繼段光纖的驗(yàn)收，主要是中繼段光纖線路衰減系數(shù)及傳輸長度、中繼段后向散射曲線、中繼段光纖通道總衰減、中繼段光纖偏振模色散系數(shù)4個(gè)項(xiàng)目。TB10755-2010標(biāo)準(zhǔn)對高速鐵路光纜線路驗(yàn)收主要是參照通信行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。

電信運(yùn)營商的長途光纜線路主要運(yùn)用于省際干線和省內(nèi)干線，大量采用G.655光纖，其組網(wǎng)的設(shè)備主要是DWDM設(shè)備。省際干線傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，2個(gè)上下業(yè)務(wù)站之間距離長達(dá)500 km以上，PMD對系統(tǒng)的影響是不可忽略的，對PMD進(jìn)行驗(yàn)收測試是非常必要的。

而中國高速鐵路骨干/匯聚傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)中，目前主要采用MSTP設(shè)備和G.652光纖，再生段距離基本在130 km以內(nèi)，系統(tǒng)速率一般采用STM-64或STM-16。當(dāng)再生段距離80 km以上時(shí)，色度色散將超過衰減成為影響再生段的主要因素，而PMD對系統(tǒng)再生段的影響基本可以忽略不計(jì)。從目前高速鐵路骨干匯聚層傳輸系統(tǒng)的組網(wǎng)方案來看，已經(jīng)有多處采用了色度色散補(bǔ)償技術(shù)，而再生段距離并沒有超過125 km。

根據(jù)以上分析，我們認(rèn)為TB10755-2010的色散指標(biāo)驗(yàn)收，僅驗(yàn)收PMD項(xiàng)目顯然是不合適的，應(yīng)結(jié)合高速鐵路傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)的特點(diǎn)和實(shí)際影響進(jìn)行必要的修改，建議增加色度色散指標(biāo)的驗(yàn)收項(xiàng)目。對于已經(jīng)采用色度色散補(bǔ)償?shù)膮^(qū)段，不僅可以驗(yàn)證系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性，而且可以驗(yàn)證工程施工質(zhì)量的完好性，還可以為將來系統(tǒng)維護(hù)提供有價(jià)值的原始資料，保證高速鐵路傳輸系統(tǒng)運(yùn)營質(zhì)量的要求。對于是否保留PMD項(xiàng)目的測試，可以視將來光纜的運(yùn)用前景決定，如果將來可能開通骨干DWDM系統(tǒng)，則保留PMD測試項(xiàng)目；否則工程竣工后，可以不要求測試。

3 結(jié)論

本文具體分析色散指標(biāo)對傳輸系統(tǒng)再生段距離的影響，結(jié)合高速鐵路光傳輸系統(tǒng)組網(wǎng)的特點(diǎn)，建議修改鐵標(biāo)《高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)》（TB10755-2010）中的有關(guān)規(guī)定：增加長途光纜中光纖色度色散指標(biāo)驗(yàn)收測試項(xiàng)目。通過該項(xiàng)測試驗(yàn)收，可以有效驗(yàn)證傳輸系統(tǒng)設(shè)計(jì)的合理性和工程施工質(zhì)量的完好性，包括光纜的有關(guān)質(zhì)量，同時(shí)為將來系統(tǒng)維護(hù)提供有價(jià)值的原始資料，保證高速鐵路傳輸系統(tǒng)運(yùn)營質(zhì)量的要求。

[1] YD/T 5095-2005 SDH長途光纜傳輸系統(tǒng)工程設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[2] YD 5121-2005 長途通信光纜線路工程驗(yàn)收規(guī)范[S].

[3] TB 10755-2010 高速鐵路通信工程施工質(zhì)量驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)[S].

[4] 韋樂平，張成良．光網(wǎng)絡(luò)—系統(tǒng)、器件與聯(lián)網(wǎng)技術(shù)[M].北京：人民郵電出版社，2006.

[5] 謝桂月，謝沛榮．通信線路工程設(shè)計(jì)[M].北京：人民郵電出版社，2008.