波分计算公式.doc

1、1 再生段光衰耗、色散、光信噪比、Q 值、BER 值、DGD值计算说明1.1 衰耗受限计算采用最坏值法设计：L=（Ps-Pr-C ）/a式中：Ps：为光放大器（OAU 板）单信道的最小输出功率，单位为 dBm。光功率放大器OAU 单信道输出功率取为 1dBm。Pr：为单信道接收端的最小允许输入功率，单位为 dBm。C： 所有光连接器的衰减和，每个光连接器的衰减为 0.5dB。a：为光纤损耗系数（dB/km），包含了光纤衰减、光纤熔接衰减和光纤富裕度，默认值取 0.275dB/km 。衰耗受限距离计算：对于发端配置 OAU（+1dB 输出）、收端配置 OAU(-32dB 接收)的 33dB 的光

2、中继段：L=（Ps-Pr-C ）/a=1-(-32)-20.5/0.275=116km注：DWDM 系统是 OSNR 受限系统，以上数据仅表明光放大器的在此距离内是不受限的。本次工程站间距离及衰减已经过测试，指标值标注在传输系统配置图中。1.2 色散受限距离计算DCM 的补偿方法详见 3.1 色散容限配置部分。1.3 级联光放大器时的光信噪比 OSNR 计算(1)、单个放大器产生的 ASE 噪声功率：一个光放大器产生的自发辐射噪声功率 PASE为PASE=2Nsp(G-1)hvv（mw）式中：Nsp 是放大器自发辐射因子v 是光中心频率h 是普朗克常数G 是放大器的增益(倍数)v 是光接收机的

3、带宽(取 0.1nm)。进而可以推导出，一个光放大器产生的以 dBm 计的自发辐射噪声功率：PASE = -58 + NFi + Gi（dBm） (1)其中：NFi 为光放大器噪声系数（dB）；Gi 为光放大器的增益（dB）。(2)、复用通路光接收机输入端的信噪比、 系统模型包括 N 个级联光放大器的 WDM 系统模型如下图所示G1G2G3GiGnLL L-1R图中：L1、L2、 Ln-1 分别是第 1、2、 n-1 个区段的衰减(dB)；G1、G2、 Gn 分别是第 1、2、 n 个光放大器的增益(dB)。、 各光放大器产生的 ASE 噪声功率利用已经推导出的公式，首先分别计算出每个光放大器

4、产生的 ASE 噪声功率 PASEi (dBm)。、 计算 N 个光放大器在光接收机输入端产生的 ASE 累积噪声功率 PASE每个光放大器产生的 ASE 噪声功率 PASE，都既要经过其后面的光纤区段衰减，又要经过其后面的光放大器的放大；然后才能到达光接收机的输入端 Rn 点。因此，系统中 N 个光放大器在光接收机输入端 Rn 点的累积噪声功率为：PASE = EDFA1 产生的累积自发辐射噪声功率 + EDFA2 产生的累积自发辐射噪声功率 + + EDFAn-1 产生的累积自发辐射噪声功率 + EDFAn 产生的累积自发辐射噪声功率 = 10E0.1(PASE1L1+G2Ln-1+Gn

5、)+ 10E0.1(PASE2L2+ G3Ln-1+Gn) + + 10E0.1(PASEn-1Ln-1+Gn) + 10E0.1(PASEn) (mw) (2) 为了便于光信噪比的计算,需把以上计算结果换算成 dBm 形式：PASE = 10PASE (dBm)、计算光接收机输入端 Rn 点的光信号功率假定第一个光放大器在每个复用通路的输出光功率为 Pout（dBm ）,因光放大器是增益锁定的，所以后面的光放大器仅起放大作用，其输出光功率的大小与输入光功率有关。因此经过 n-1 个区段的衰减和 n-1 个光放大器的放大之后，到达 Rn 点的光信号功率为：PRn= Pout L1+ G2 Ln

6、-1 + Gn (dBm) (3) 、最后可得 Rn 点的光信噪比OSNR = PRn PASE (4)1.4 Q 值与 BER 的计算方法 （1）、光接收机输入端的光信号功率 Psig 与 ASE 噪声功率 PASE到达光接收机输入端的光信号功率 Psig，应该考虑分波器的插损 T 与光通道代价 Pp的影响：Psig= 10E0.1(PRn-T-Pp) 10 -3 (W) (5)其中：PRn 为每个信道在分波器输入端的光信号功率；T 为分波器插损 7dB；Pp 为光通道代价。到达光接收机输入端的 ASE 噪声功率还要考虑分波器带宽 B0 的影响，因为在计算OSNR 时， ASE 噪声是在 0

7、.1nm 带宽内的数值：PASE = 10E0.1(PRn-OSNR-T) (B0/0.1)10-3 (W) (6)其中：OSNR 为扣除系统余量后的光信噪比；B0 为分波器 3dB 带宽，华为光传送系统的分波器带宽为 B0=0.7nm。（2）、光接收机输入端的的光信号电流与 ASE 噪声电流它们皆与光接收机光检测器的响应度有关，“1”码时的光信号电流为：I 1 = 2（e / h）g Psig (A)其中：e / h 为光检测器的响应度（单位光功率产生的光电流）； 为光检测器的量子效率，一般可取 =0.8 或 =0.9；g 为光检测器的增益（倍数），对于 PIN 光检测器，取 g =1，对于

8、 APD 光检测器，可取 g = 50（典型值）；e 为电子电荷量，e = 1.60910-19 库仑；h 为普朗克常数，h = 6.6261910 -34 焦耳秒； 为光频率（HZ），且取： = 1.9311014 HZ（AFR ）。为计算方便，通常预先算出无增益时的光检测器响应度：e / h 1.006 A / W （=0.8 时）。于是“1”码时的光信号电流为：I 1 = 2.012 g Psig (A) (7)“0”码时的光信号电流很容易得出：I 0 = I 1 / EX (A) (8)其中：EX 为消光比（倍数），一般对于 WDM 系统来讲，EX=10 。ASE 噪声产生的噪声电流为

9、：I ASE = 1.006 g PASE (A) (9)（3）、计算各种噪声功率“1”码时的散粒噪声功率：Nsh-sig ,1 = 2e I 1 Be（A 2） (10)其中：Be 为光接收机的电带宽，基群为 2.5Gb/s 时，Be = 1.7109 HZ, 基群为 10Gb/s 时，Be = 6.0109 HZ；“0”码时的散粒噪声功率：Nsh-sig ,0 = 2e I 0 Be= Nsh-sig ,1 / EX（A 2） (11)ASE 散粒噪声功率：Nsh-ASE = 2e I ASE Be（A 2） (12)“1”码与 ASE 的差拍噪声功率：Nsig,1-ASE=2I1IASE

10、(Be/B0)（A2） (13)其中：B0 为分波器的 3 dB 带宽，分波器的 3 dB 带宽为：B0 = 87.07 109 HZ（即 0.7nm）。. “0”码与 ASE 的差拍噪声功率：Nsig ,0-ASE = 2 I 0 I ASE ( Be / B0) = N Sig ,1-ASE / EX（A 2） (14). ASE 自身的差拍噪声功率：N ASE -ASE = I 2ASE ( Be / B0)（A 2） (15). 光接收机电路的等效噪声功率：NC =（I C） 2 Be（A 2） (16)IC 为光接收机电路噪声电流谱密度；对于 2.5G 系统,可取：I C= 810-

11、12A/（HZ ） 1/2 ；对于 10G 系统,可取：I C= 3010-12A/（HZ ） 1/2。 （4）、计算 “1”码与“0”码的总噪声功率“1”码时的总噪声功率为：N1=Nsh-sig,1+Nsig,1-ASE+Nsh-ASE+NASEASE+NC （A 2） (17)“0”码时的总噪声功率为：N0=Nsh-sig,0+Nsig,0-ASE+Nsh-ASE+NASE-ASE+NC （A 2） (18)（5）、计算 Q 值与 BERQ=（I1-I0）/ （N1）1/2 +（N0）1/2 (19)BER= EXP（-Q 2/2） / （2） 1/2Q (20)（6）、计算实例已知量：P

12、Rn 与 0.1nm 内的 PASE （以下假定 PRn +5dBm，OSNR19dB）1、光接收机输入端的光信号功率 Psig与 ASE 噪声功率 PASEPsig= 10E0.1(PRn-T-Pp) 10 -3 =10E0.1(+5-10-2) 10-3 =199.510-6 WT 为华为光传送系统分波器的最大损耗PP 为色散代价PASE = 10E0.1(PRn-OSNR-T)(B0/0.1)10-3 10E0.1(+5-19-10)(0.7/0.1)10-3 =27.910- 6 W 华为光传送系统分波器的 3dB 带宽为 0.7nm2、“1”、“0”电平的电流与“ASE”的噪声电流I

13、12eg/hv Psig2.012199.5401.410 -6 AI0I1/104010 -6 AIASE1.006PASE=1.00627.928.110 -6 A3、计算各种噪声Nsh-sig ,1 = 2e I1Be =21.60910-19401.410-66.109 = 0.78 (A2） Nsh-sig,0 =2eI0Be= Nsh-sig,1/EX =0.8 （A2 ）Nsh-ASE =2eIASE Be =21.60910-1928.110-66.0109= 0.5 (A2）Nsig,1-ASE=2I1I ASE (Be/B0) =2401.410-628.110-6(6.0

14、/87.5)= 1546.9（A2）Nsig ,0-ASE = 2I0IASE (Be/B0) =NSig ,1-ASE/EX = 154.7 （A 2）NASE-ASE = I 2ASE (Be / B0)=(28.110-6)2 (6.0/87.5) = 54.1 (A 2) NC =（I C） 2 Be =(3010-12) 2 6.0 109 = 5.4 （A 2）N1 = Nsh-sig,1 + Nsig,1-ASE + Nsh-ASE + NASE-ASE + NC=0.78 + 1546.9 + 0.5 + 54.1 + 5.4 = 1607.7 (A 2 ) N0 = Nsh-

15、sig,0 + Nsig,0-ASE + Nsh-ASE + NASE-ASE + NC = 0.08 + 154.7 + 0.5 + 54.1 + 5.4 = 214.8 (A 2 )Q =（I1-I0）/（N1） 1/2 +（N0） 1/2 =(401.4-40)/ （1607.7） 1/2 +（214.8） 1/2 = 6.6 BER = EXP（ -Q2/2） / （2 ） 1/2Q = EXP（-6.6 2/2） / （2） 1/26.6 = 2.1 10-111.5 差分群时延（DGD）计算方法PMD 系数（ ps/ km）是由光纤本身决定的，可以由光纤厂家提供或者采用实测值。根据

16、 PMD 系数或者实测到光缆线路的 DGD，可以计算出每一光放段的 DGD。每一光放段的 DGD（ps）每一段的 PMD 系数（单位： ps/ km）L 1/2(L 为这一段的距离)根据每一光放段的 DGD(ps)可以计算出整个光复用段的线路平均 DGD（ps），计算方法为：光复用段的平均 DGD（ps）（每一光放段的 DGD） 2（DCM 模块引入的 DGD）21/2也可以根据 PMD 和线路长度直接计算光复用段的平均 DGD，计算方法为：光复用段的平均 DGD（ps）（每一段的 PMD 系数 ps/ km） 2（该段长度 Km）（DCM 模块引入的 DGD） 21/2注意：计算光复用段的 DGD 时要把 DCM 模块引入的 PMD 计算在内。