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(guó)鐵路通信信號(hào)集團(tuán)公司，北京 100766）

目前，中國(guó)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(cè)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(jiǎn)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(duì)傳輸系統(tǒng)再生段距離的影響

長(zhǎng)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(hào)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(hào)功率在接收靈敏度以上，接收機(jī)就能將光信號(hào)正確地還原成電信號(hào)。但是由于光源信號(hào)有一定的譜寬，不同波長(zhǎng)的光信號(hào)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(zhǎng)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(duì)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(hào)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(zhǎng)、環(huán)境條件而變化，是波長(zhǎng)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(hào)周期，B為信號(hào)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(duì)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(duì)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(duì)色散產(chǎn)生影響，即相對(duì)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(duì)色散進(jìn)行補(bǔ)償。

2 對(duì)鐵標(biāo)的修改建議

《長(zhǎng)途通信光纜線路工程驗(yàn)收規(guī)范》（YD5121-2005），規(guī)定長(zhǎng)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(zhǎng)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(duì)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(yíng)商的長(zhǎng)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(zhǎng)達(dá)500 km以上，PMD對(duì)系統(tǒng)的影響是不可忽略的，對(duì)PMD進(jìn)行驗(yàn)收測(cè)試是非常必要的。

而中國(guó)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(duì)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(duì)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(yíng)質(zhì)量的要求。對(duì)于是否保留PMD項(xiàng)目的測(cè)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(cè)試項(xiàng)目；否則工程竣工后，可以不要求測(cè)試。

3 結(jié)論

本文具體分析色散指標(biāo)對(duì)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(zhǎng)途光纜中光纖色度色散指標(biāo)驗(yàn)收測(cè)試項(xiàng)目。通過該項(xiàng)測(cè)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(yíng)質(zhì)量的要求。

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

[2] YD 5121-2005 長(zhǎng)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.