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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的光中继段：L=（Ps-Pr-C）/a=[1-(-32)-2×0.5]/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PASEˊ为PASEˊ=2Nsp(G-1)hv·△v（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①、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)。
②、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产生的ASE噪声功率PASEi (dBm)。
实验七 光纤损耗特性（衰减系数）测量（插入法）实验七 光纤损耗特性（衰减系数）测量（插入法）一 实验目的1 了解光纤的损耗特性2 了解损耗特性的测量方法及原理二 实验原理及框图光在光纤中传播时，平均光功率沿光纤长度按照指数规律减少，即()10/100L P L P α）（）（= (7.1)其中一个重要的参数是α(λ)，它表示在波长λ处的衰减系数。
其定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位是dB/km 。
当长度为L 时，()()()()km dB P L P L /0lg 10-=λα (7.2) 应用上式时，要特别注意两点：①假定光纤沿轴向是均匀的，即α与轴向位置无关。
②对多模光纤，必须达到平衡模分布。
只有满足这样的条件，测得的衰减系数才能线性相加。
插入法测试原理如下。
首先将参考系统连在注入系统和接收系统之间，测出功率P 1；然后将待测光纤连到注入系统和接收系统之间，测出功率P 2，则被测光纤段的总衰减A 由下式给出()()[]λλ21/log 10P P A = (dB) (6.12)实验平台中我们可以采用插入法测量光纤的损耗，实验框图如7.2所示：实验七光纤损耗特性（衰减系数）测量（插入法）测试步骤为：1、如图7.2(a)所示，搭建数字光发模块甲，输入方波，此时用光功率计测试S点（即光发送机的ST连接头）的输出功率P1，此值定为光纤的入射功率。
2、按图7.2(b)连接好待测光纤，将S点输出的光信号输入扰模器，经过待测光纤后，测出光功率P2，光纤的总损耗A=P2−P1（dBm），然后就可粗略的估算出每公里光纤的损耗值。
注：此实验的开设必须具备扰模器和2公里以上的光纤（需另外配置）。
七、截断法测光纤损耗
1.工作原理
光耦合进多模光纤时会激励起很多模式，各个模式所携带的光能量不同，传输时的损耗也不同，模式之间还有能量转换，只有经过一个相当长的时间以后才能达到一种相对稳定的状态，此时称为稳态模式。
对于多模光纤的测试，只有达到稳态模式分布以后才有意义。
要达到稳态分布，可以借助扰模器：采用强烈的几何振动，使多模光纤不需要很长的距离就能迅速达到稳态分布。
2.测试框图
3.计算公式
a=10/L× lg 输出功率/输入功率 (dB/KM)
a:损耗系数
测试结果
当光纤被长绕即测得衰减值为：—2.84DBM ，输出功率：0.630MW
当光纤直测得衰减值：－9.19DB ，输出功率：0.103MW
计算结果：a=10/L*lg0.630/0.130=3.254db/km 光源扰模器光功率计近端远端L 待测光纤。
光纤衰减系数
光纤衰减系数是光纤传输系统中最重要的指标之一。
它是指光纤在传输过程中发射光封装所损失的光信号能量与初始光信号能量的比值。
它代表了有关光纤传输系统的性能，通常用单位dB/km来表示。
光纤衰减系数与各种因素相关，包括发射材料、器件密度、波长、信号强度和总长度等等。
由于光纤衰减与波长有关，所以在不同波长上，光纤衰减系数也不同。
考虑到技术上的需要，现在市场上主要使用的是850nm，1300nm和1550nm等三种主流波长。
光纤衰减系数是根据不同所处位置和材料而不同的，但一般情况下，单模光纤的衰减系数大约在0.2~0.5dB/km之间，而多模光纤的衰减系数大约在3~6dB/km之间。
当然，由于纤
芯材料、夹层技术不同，光纤衰减系数也可以达到0.15dB/km以下，也可以达到10dB/km以上。
另外，光纤传输是受环境影响的，如温度、湿度等，都会影响光纤衰减系数。
因此，光纤衰减系数对光纤传输系统至关重要，它有助于了解光纤传输系统的性能，它也有助于我们正确设计和评估光纤传输系统，并采取有效的技术措施来改善系统性能。
光纤的传输特性光纤的传输特性主要包括光纤的损耗特性，色散特性和非线性效应。
光纤的损耗特性*************************************************************概念：光波在光纤中传输，随着传输距离的增加光功率逐渐下降。
衡量光纤损耗特性的参数：光纤的衰减系数〔损耗系数〕，定义为单位长度光纤引起的光功率衰减，单位为dB／km。
其表达式为：式中求得波长在λ 处的衰减系数； Pi 表示输入光纤的功率， Po 表示输出光功率， L 为光纤的长度。
（1）光纤的损耗特性曲线•μμm的损耗为0.2dB/km以下，接近了光纤损耗的理论极限。
总的损耗随波长变化的曲线，叫做光纤的损耗特性曲线—损耗谱。
•从图中可以看到三个低损耗“窗口”：850nm波段—短波长波段、1310nm波段和1550nm波段—长波长波段。
目前光纤通信系统主要工作在1310nm波段和1550nm波段上。
（2）光纤的损耗因素光纤损耗的原因主要有吸收损耗和散射损耗，还有来自光纤结构的不完善。
这些损耗又可以归纳以下几种：1、光纤的吸收损耗光纤材料和杂质对光能的吸收而引起的，把光能以热能的形式消耗于光纤中，是光纤损耗中重要的损耗。
包括：本征吸收损耗；杂质离子引起的损耗；原子缺陷吸收损耗。
2、光纤的散射损耗光纤内部的散射，会减小传输的功率，产生损耗。
散射中最重要的是瑞利散射，它是由光纤材料内部的密度和成份变化而引起的。
物质的密度不均匀，进而使折射率不均匀，这种不均匀在冷却过程中被固定下来，它的尺寸比光波波长要小。
光在传输时遇到这些比光波波长小，带有随机起伏的不均匀物质时，改变了传输方向，产生散射，引起损耗。
另外，光纤中含有的氧化物浓度不均匀以及掺杂不均匀也会引起散射，产生损耗。
3、波导散射损耗交界面随机的畸变或粗糙引起的模式转换或模式耦合所产生的散射。
在光纤中传输的各种模式衰减不同，长距离的模式变换过程中，衰减小的模式变成衰减大的模式，连续的变换和反变换后，虽然各模式的损失会平衡起来，但模式总体产生额外的损耗，即由于模式的转换产生了附加损耗，这种附加的损耗就是波导散射损耗。
光纤数值孔径与衰减系数的测量实验光纤数值孔径（NA）和衰减系数（α）是光纤传输系统质量及技术参数中常用的性能指标，其中NA是光纤数值孔径测量和数值孔径计算的重要参考指标。
而通过对光纤NA和α的测试，可以及早了解光纤的质量，及早发现光纤故障和缺陷，从而提高光纤网络使用及维护效率。
本文结合实际案例，介绍了光纤数值孔径和衰减系数的测量实验，并分析了实验结果。
一、光纤数值孔径和衰减系数的定义光纤数值孔径（Numerical Aperture，NA）是光纤的一个光参量，它决定着光纤的传输性能，是光纤最重要的物理指标。
光纤数值孔径NA=n1*sinθ1，式中n1是光纤的索引折射率，θ1是半发射角，该式就是光纤数值孔径的定义；半发射角θ1又由输入角θi和折射率比 n=n2/n1定，其中n2为介质折射率，n1为索引折射率。
光纤衰减系数（Attenuation coefficient，α）是指光纤传输中，由于原因如噪声、失真、杂散光等导致的信号衰减速率。
它是能量在光纤传输过程中，每经过一段光纤的衰减程度的度量，单位是dB/km，常以db/m、db/km、db/cm作为计量单位。
二、光纤数值孔径和衰减系数的测量实验光纤数值孔径和衰减系数的测量实验主要有分光仪法、折射仪法和拉曼仪法三种，本次实验采用折射仪法进行测量。
1.测量仪器折射仪：主要由交流电源、光源、可调位平面镜组、可调位折射镜组、分光器等组件构成。
2.实验过程（1）首先，将光纤切成两段，其中一端放在准直腔的光出口处，另一端放在准直腔的光入口处，将准直腔装在准直阳极管内，并将准直阳极管放在折射仪上；（2）其次，调整准直腔折射镜位置，使光纤入射效果最佳；（3）然后，用调位光束分束器，将入射光纤引出，同时利用调位反射镜组，将入射光纤束衍射到折射仪上；（4）最后，调节折射镜，使光纤截面被衍射成圆形，同时记录折射仪折射数据，根据此数据，可以计算出光纤的数值孔径、衰减系数等信息。
从OLT至ONU全程光功率损耗:(应<28db)项目名称主干光缆（db/km）配线光缆(db/km)熔接头(db/个)活动接头（db/个）固定值0.360.380.10.5输入数1286注一：接头算法说明：光缆接头盒2km/个按实计取，跳纤2个活动接头按实计取，冷接头按实计取，分光器按实计取PON系统OLT至ONU衰减：P全=P光缆+P分光器（一级）+P分光器（二级）+P活接头+P冷接头+P熔接头+ PON系统OLT至ONU之间的光功率衰耗应满足要求：P(s-r)=L*Af +Ao1+Ao2+Ac*n+Ac1*n+P：OLT的PON口和ONU的R/S-S/R点之间允许衰耗（dB）Mc：线路维护余量，当传输距离≤5 公里时，光纤富余度不少于1 dB当传输距离≤10 公里时，光纤富余度不少于2 dB；当传输距离＞10 公里时，光纤富余度不少于3dBAc：表示单个活接头的损耗，取0.5dB/个n：OLT的PON口和ONU之间活接头的数量（个）Ac1：表示单个冷接头的损耗，取0.2dB/个n：蝶形引入光缆冷接头的数量（个）Ac2：表示单个熔接头的损耗，取0.1dB/个n：光纤熔接接头的数量（个）Ao：光分路器的插入损耗（dB），含一、二级光分路器Af：表示光纤线路衰减系数（含固定接头损耗），取0.38dB/km。
一级分光器二级分光器维护富余度冷接头（db/个）1：321：32皮线光缆(db/km)L≤10km总损耗值0.317.817.80.382(应<28db)210.5125.51注一：分光器固定衰减值分光器衰减值单位1：2 4.1db1：47.4db1：810.5db1：1613.8db1：3217.8db1：6420.4db1：12824.6db计取，分光器按实计取，光交和分纤箱按实计取。
头+P冷接头+P熔接头+P维护富余度≤P允2+Ac*n+Ac1*n+Ac2*n+Mc≤P维护富余度L≤5km1dbL≤10km2dbL＞10km3db。
0.3lg2W W lg 1010)(lg 1010)(lg 10)(D 40101.0lg 101.010)(lg 10)(S 4min 3min 33min 3min ==-=-==⇒==----注：）（）（动态范围：如：灵密度：、灵密度和动态范围p p W p W p dBm dBm S vW P W P dBm man manr rGHz GHz B c 49.0)109.0411(4110.9ns ns 1038 1.71%1.4871058LN 5Km 1.71%1.487N )2(382321GI 1=⨯=∆==⨯⨯⨯⨯⨯=∆=∆=∆=ττ））（（解：？，求展宽了多少和带宽一个光脉冲传输了的多模渐变型光纤，，、对于km km km nm km km nm M L A A M P A A P P m dB km dB dBm c f S f E d CR CT R T 16.85)76(..........95)06.005.02.0314.02)2.31(3(L 505164)06.005.035.0314.02)2.31(3(L 0131/L )0.2dB/km (1550nm )0.35dB/km (1310n 30.4dB 3dB 0.06dB/km ,/0.05,31.2-4-ST M )1(3-=++--⨯---==++--⨯---=++-----=光纤通信系统对于光纤通信系统对于可得解：由公式：的中继距离？为衰减系数和衰减系数为作波长为，求工，平均发光功率为，活动连接器为度为，设备富余线路富余度为接头损耗为灵敏度为光纤通信系统，接收机、一个、中断距离的计算：MHz GHz B ns ns n NA c L c NA n d P L P L p e p L p p dzL 04.11004.1108.4234114118.423)487.12103275.0105(2)()(L 5Km 487.1,275.0NA )1(2)0()(lg 10L L P )0()0()(dp 133823122GI 1=⨯=⨯=∆==⨯⨯⨯⨯⨯==∆=∆==-==⇒-=--ττααα解：？，求展宽了多少和带宽一个光脉冲传输了的多模阶跃光纤，对于、、色散计算：衰减系数：处光功率）为（为输入端光功率，，衰减规律：、衰减的计算：km )34.93(4.15L 16km )35.373(5.61L 4)km 246(1493.4L 1103154.0L 16,4,1km 3.5ps/nm D 1310nm ,nm )388.0(2.3554-MLM )2(3max 6max 3dB =-=-=-∆⨯=---∙=∆系统系统系统得解：由离。
SDH 组网规划主要考虑两方面：一、根据现有光缆资源、网络地位确定拓扑类型和保护方式；二、根据中继接口需求规划线路速率与支路业务容量、根据传输距离规划该线路速率级别光板的具体型号；● 系统传输受限距离的计算方法根据实际光缆的参数计算可允许的再生段距离。
再生段距离的计算分为两种情况： 第一种情况是损耗受限， 即再生段距离由光通道衰减决定。
第二种情况是色散受限， 即再生段距离由光通道总色散所限定。
一般采用最坏值法设计。
A 、损耗受限系统的实际可达再生段距离可用下式来估算：L1=P S －表示寿命终了时发送光功率(dBm)，一般要求在正常发送光功率（工程厂验值）的基础上扣除1dBm 余量。
P R －表示寿命终了时接收灵敏度(dBm)，一般要求在正常接收灵敏度（工程厂验值）的基础上扣除3dBm 余量。
（BER<=10E-12)P P －表示光通道代价(dB) 。
对于STM-16、STM-4、STM-1 取1dB ，对于STM-64，取2dB 。
但对于L16.2 取2dB 。
Ac －表示活动连接器损耗(dB)。
Ac=0.5 dBMc －表示光缆富裕度(dB)，一般取3dB 。
光纤衰减系数：1310nm ——a f =0.37dB/km1550nm ——a f =0.22dB/km光纤熔接头平均衰减：a s =0.055 dB/KmB 、色散受限系统的实际可达再生段距离可用下式来估算：L2=Md ——表示最大色散。
取决于发送激光器的特性D ——表示光纤最大色散系数，对于G.652光纤D=20 ps/（nm*km ），G.655光纤D =4 ps/（nm*km ）。
G.653光纤我们还没有掌握实际工程中的计算参数，一般情况下G.653光纤可以忽略色散的影响。
如果使用BER<=10E-10的下测得的最差灵敏度值进行计算，则灵敏度还需再增加1 dBm 的余量。
● 系统传输受限距离的解决方法当中继距离功率受限时可以加入功放（BA ）或预放来补偿（PA ）。
OTDR曲线说明及光纤损耗计算公式
OTDR曲线说明：
1、盲区：决定OTDR所能测到最短距离和最接近距离，是由于活接头的反射引起OTDR接收机饱和所⾄，盲区通常发⽣在OTDR⾯板前的活接头反射，但也可以在光纤的其它地⽅发⽣；⼀般OTDR盲区为100m。
盲区分为衰减盲区和事件盲区：
a、衰减盲区：从反射点开始⾄接收机恢复到后向散射电平约0.5dB范围内的这段距离,这段距离就是OTDR能再次测试衰减和损耗的点.
式中：D的长度就为衰减盲区的长度。
b、事件盲区:从OTDR接收到反射点到开始到OTDR恢复到最⾼反射点1.5DB以下这段距离,在这以后才能发现是否还有第⼆个反射点,但还不能测试衰减.
式中：D1的长度就为事件盲区的长度。
2)影响盲区的因素：
a、⼊射光的脉冲宽度、
b、反射光的脉冲宽度、
c、⼊射光的脉冲后端形状、
d、所⽤脉冲越⼩，盲区越⼤。
3）消除盲区的⽅法：加尾纤（过渡纤），最好2KM以上
2、b、c、e、f各点在后⾯曲线分析中说明。
光纤损耗计算公式：
a：P（T）=1/2S aR P(0)VgTe-2a(Vg t/2)
式中：S-散射光的散射系数;
aR-散射损耗系数;
P(0)-注⼊光功率;
Vg-群速
T-脉冲宽度。
功率受限距离与色散受限距离的计算功率受限距离Ll(km)计算衰耗受限距离L的公式为:,P-P-C-P-M1.1=^- ---------- 三一》J公式(1)中：衰耗受限距离(km)；最小平均发光功率(dBm)；P,:母差接收灵敏度(dBm)；C：链路上所有活动连接器衰减值之和。
通常系统两端各有1个连接器，所以一般取C=2x0.5=LOdB；Pp：光通道代价。
一般取PP=L(MB,但对L-16.2与10Gb∕s以上的高色散系统，取Pp=ZOdB;M"光纤富裕度。
一般取M.=3∙0dB;%:光纤衰耗系数(dB/km)。
对于G.652光纤，在13IOnm波长a f=0.3-0∙4dB∕km,在155Onm波长a f=0.15~0.25dB∕km;对于G.655光纤，在155Onm波长以=0J9~0.25dB∕km;%：平均每公里光纤接续衰减(dB∕km)。
每盘光缆长2km,每个熔接点的衰减值在0.05dB以下，所以αs=0.05∕2=0.025dB∕km0色散受限距离由光源的类型和光通道总色散所限定。
色散主要是指集中的光能(例如光脉冲)经过光纤传输后在输出端发生能量分散，导致传输信号畸变。
在数字通信系统中，由于信号的各频率成分或各模式成分的传输速度不同，在光纤中传输一段距离后，将相互散开，脉冲加宽。
严峻时，前后脉冲将相互重叠，形成码间干扰，增加误码率，影响了光纤的带宽，限制了光纤的传输容量。
与光纤色散有关的系统性能损伤有多种因素，主要有码间干扰、模安排噪声和例啾噪声(chirping)三种。
对于高比特率的传输系统，色散是限制中继段传输长度的主要因素。
色散功率代价随传输距离、光谱宽度和色散系数这些参数值的增加而快速增加。
为了防范由于色散功率代价的快速增加而导致的系统性能恶化，应当使系统有足够的工作余度，避开高功率代价区。
一般认为IdB功率代价所对应的光通道色散值(D*L)定义为通道最大色散值。
衰减系数的单位衰减系数的单位在现代通信技术中，衰减系数是一个非常重要的参数。
它是指一段介质或器件中信号能量的损失程度，也可以理解为信号强度的衰减程度。
它的单位有多种，本文主要讨论几种常见的衰减系数单位。
1. 分贝（dB）分贝是物理学中的单位，用来表示两个电压、功率、声压级或音量等之间的比率。
分贝的公式为dB=10log(P1/P2)，其中P1是待衡量信号的功率，P2是参考功率。
在衰减中，通常采用dB来衡量信号的衰减程度。
例如，一个信号在通过多米长的电缆后衰减了3dB，则可以理解为信号的强度减弱了一半。
2. 条（attenuation）条是一个衡量单位，用于表达信号在传输过程中的衰减程度。
一条表示信号的衰减率为每米多少dB，即dB/m。
在某些情况下，衰减常数和衰减系数都可以用条来表示，比如通电缆的衰减常数为3dB/m，意味着每米长度的信号衰减3dB。
3. 分贝每兆赫兹（dB/MHz）分贝每兆赫兹是一种非常常见的衰减系数单位，通常用于描述射频信号在传输线路或波导管中的衰减情况。
它的单位是dB/MHz。
它是一种单位长度衡量单位频率中信号传输过程中的损失率。
通常，这个单位与频率有关，即高于1MHz时，每增加1MHz，其衰减系数也会增加1dB。
4. 分贝每千米（dB/km）分贝每千米是衡量光纤传输中光损失的一个单位。
它的单位是dB/km。
通常，一根光纤的衰减随着距离的增加而增加，因此衰减率可以用dB/km来表示。
取决于不同类型的光纤和使用的光波长，分贝每千米的数值也有所不同。
在多数应用中，分贝每千米的数据与光纤直径的大小相关，光纤的经济性也在一定程度上取决于其分贝每千米数值的大小。
总之，衰减系数是一个非常重要的物理学概念，有多种不同的衡量单位。
它在通信技术中的应用十分广泛，特别是在介质和器件的选择、电缆长度和光纤的选择等方面。
对于工程师们来说，对衰减系数的了解，十分重要。
