《通信光缆工程》第3章光缆线路工程设计(公用)
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图3—3 光缆线路工程设计范围示意图
3.2.1.规划阶段
项目建议书
可行性研究 和专家评估
设计合同/委 托书
图3-4 光缆线路工程建设程序
3.2.2.设计阶段
设计阶段的划分是根据项目的规模、性质等不同情况而定的。设计 阶段的主要工作内容是编制设计文件并对其进行审定。光缆线路的 勘察是光缆线路工程设计阶段必不可少的重要环节。当设计书一经 批准，执行中不得任意修改变更。设计书是承担工程实施部门（即 具有施工资质的施工企业）完成项目建设的主要依据。
（2） SDH系统色散受限中继段距 离估算
根据ITU-T建议，色散受限系统中继段距离可用式 （3.2）估算：
L 10 6 D B
式中：L：色散限制中继段长度（km）；：当光 源为多纵模激光器时取0.115，单纵模激光器时取 0.306；B：线路信号比特率（Mbit/s）；Δλ：光 源的谱宽（nm）；D：光纤色散系数（ps/nm.km）
2、光纤通信的传输窗口及光纤选型
设计时，可参看表3-3选取光接口指标的应用代码。表中I表示不超过 2km距离的局内通信；S表示15km内短距离局间通信；L表示40～80km 长距离局间通信。字母横杠后的第一位数字如1、4、16分别表示STM－l、 STM－4、STM－16速率等级；第二位数字（即小数点后的数字）表示 工作波长和光纤类型 。
第3章 光缆通信线路工程设计
概述
光缆通信线路工程的设计：在现有通信网设备规 划、整合、优化基础上，以通信网发展需要、先 进的工程技术和经济实力分析为依据，依照技术 标准、规范、规程，对工程项目进行勘察和技术 分析，编制作为工程建设依据的设计文件。同时 要求设计文件应准确反映综合技术的先进性、可 行性以及经济性和社会效益，应满足在5至10年内 的先进性和适用性。
外界环境因素引起的光缆性能劣化，S和R 点间其它连接器性能劣化，因此在设计中应保
留必要的富余量。在一个中继段内，光缆总的 富余度不应超过5dB，设计中按3~5dB取值； 用Me表示设备富余度（dB），通常取3dB； ∑Ac表示S和R点之间所有光纤活动连接器损耗 (dB)之和，如ODF架上的短接光纤连接设备连 接器衰减，FC型连接器平均0.8dB／个，PC型 平均0.5dB／个；Ac表示每个活动连接器损耗 (dB/个)；Af表示光纤损耗系数（dB／km）； As表示每km光缆固定接头平均衰减（dB／ km），与光缆质量，熔接机性能，操作水平有 关。设计中按平均值0.05~0.08 dB／km取值 。
3.竣工验收交付使用
在试运行期内电路开放，按地方网管理，即一级干线试运行阶段按二级干线管理使用。 竣工验收是在系统和试运行结束后，并具备了验收交付使用的条件，由相关部门组织对工程进 行系统验收。竣工验收是对整个光缆通信系统进行全面检查和指标抽测。对于中小型工程项目， 可视情况适当地简化验收程序，将工程初验同竣工验收合并进行。
3.1.2.系统设计的基本参数
1、确定系统的制式和速率等级
表3-1 3种PDH码速率等级标准
速率等级 1 4 16 64
名称 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64
源自文库
比特速率（Mbit/s） 155.520 622.080 2488.320 9753.280
表3-2
SDH码速率等级标准
3.1.2.系统设计的基本参数
3.2.3.准备阶段
准备阶段的主要任务是做好建设准备和计划安排。建设准备就是要 做好工程开工前的准备工作，如勘察工作中水文、地质、气象、环 境等资料收集；路由障碍物迁移、交接手续；主材、设备的预订货 以及施工力量的招选。计划安排是要根据已经批准的初步设计和总 概算编制年度计划。对资金、材料设备进行合理安排，要求工程建 设保持连续性、可行性以保证工程项目的顺利完成。
40Gbit/s的传 输距离
<1km 6 km 25 km 156 km 625 km
§3.2 光缆线路工程建设程序
光缆线路工程是光缆通信线路工程的一个重要组成部 分，光缆线路工程设计范围是以本局ODF或ODP架连 接器至对方局的ODF或ODP之间，如图3－3所示。一 般大中型光缆线路工程建设程序如图3-4所示，可分 为五阶段（即规划、设计、准备、施工和竣工投产） 十步骤。
§3.3 光缆线路工程设计
光缆线路工程设计的原则是遵守相关法律法规、 合理利用资源、环境保护；工程设计必须保证通 信网整体通信质量，技术先进、经济合理、安全 可靠、充分考虑远期发展的可能性，采用的电信 设备应有入网许可证。
光缆通信线路工程设计主要包括：光纤通信系统 设计和光缆线路工程设计（即线路勘察、传输设 备配置、安装工程等）两大部分，它们多数属于 如省际之间网、省市之间网、本地网等的光缆通 信线路工程。
§3.1 光纤通信系统设计
光纤通信系统设计的任务：
遵循规范建议，采用先进、成熟技术，综合考虑地区发 展规划、人口因素、现有资源、系统经济成本，合理地选用 系统使用的光缆、光器件和设备等，明确系统的全部技术参 数，完成实用系统的集成。
n i 1
LAi
n i 1
Gi Afi M ci
Aci Asi
式中，n：DWDM系统光放段数量；第i光放段的 长度LAi（km)、放大器增益Gi（dB)、光纤连接器 损耗之和ΣAci（dB）、光纤衰减系数Afi（dB/km)、 光缆富余度Mci（dB/km)、每km光纤固定接头平 均损耗Asi（dB/km) 。
(2) DWDM系统色散受限中继段 估算
L Dmax D
式中，L:色散受限系统中继段长度（km）； Dmax：S和R点之间允许的最大色散值 （ps/nm）；D：光纤色散系数（ps/nm km）。
3.1.3.传输中继距离的设计
3、高速光纤系统偏振模色散PMD受限中继段估算
L [
1
]2
10PMDC BL
3.2.4.施工阶段
1.施工组织设计
光缆通信工程的施工包括光缆线路的施工和设备安装施工两 大部分。
①工程规模及主要施工项目； ②施工现场管理机构。施工管理包括工程技术管理、器材、 机具、仪表、车辆管理； ③主要技术措施、质量保证和安全保证措施； ④经济技术承包责任制、计划工期和施工进度。
2、工程施工 光缆线路工程施工是按施工图设计规定内容、合同 书要求和施工组织设计进行的。 （1）光缆线路施工 （2）设备机械（安装）施工
即实际最大中继距离为35.1km
2.DWDM系统中继段距离估算
DWDM系统最大中继距离估算，也是按照衰 减受限和色散受限的两个条件来估算的。图 3-2 DWDM系统示意图
DWDM系统的传输线路主要设置有：光终端 复用OTM、光交叉连接OXC、光放大器OLA （光中继器）和光放大器之间对应的光放段 LA、中继段SR或复用段，
表3-3 光接口分类及其应用
3.1.3 传输系统中继距离的设计
光纤传输最长中继距离由光纤衰减和色散 等因素决定 。
图3-1光纤传输系统示意图
1、SDH传输系统最长中继段距离的估算
衰减限制系统中继段距离可用式估算：
L PS Pr PP Me AC
Af AS Mc
式中：用L表示衰减限制中继段长度（km）；用Ps表示S点 发送光功率（dBm）；用Pr表示R点接收灵敏度（dBm）； 用Pp表示光通道功率代价（dB），因反射、码间干扰、模 分配噪声和激光器啁啾而产生的总退化。光通道功率代价不 超过ldB，对于L-16.2系统，则不超过2dB；用Mc表示光缆富 余度（dB/km），是指光缆线路运行中的变动（如维护时附 加接头或增加光缆长度的）。
或
BL
1 10PMDC
L
表3-4 PMDC与传输速率和传输距离的关系
PMDC
2.5Gbit/s的传 10Gbit/s的传
（ps/√km） 输距离
输距离
3.0
178 km
11 km
1.0
1600 km
100 km
0.5
6400 km
400 km
0.2
40 000 km
2500 km
0.1
160 000 km 10 000 km
解：按式（3-1）可计算估计出该系统的中继段距离为：
L PS Pr PP Me AC
Af AS M c
3 (28) 0.5 2 2 0.8 41.8km 0.4 0.06 0.04
按式（3-2）可计算估计出该系统 的中继段距离为：
L 106 0.306106 35.1km D B 3.5 4 622.080
2.生产准备、工程移交和试运行
生产准备是指工程交付使用前必须进行的生产、技术和生活等方面的必要准备。它包括： （1）培训生产人员。一般在施工前配齐人员，并可直接参加工程施工、验收等工作； （2）按设计文件配置好工具、器材及备用维护材料； （3）组织好管理机构、制订规章制度以及配备好办公、生活等设施。 试运行是指工程初验后到正式验收、移交之间的设备运行。一般试运行期为3个月，大型或引 进的重点工程项目，试运行期可适当延长。试运行期间，由维护部门代维，但施工部门负有协助 处理故障确保正常运行的职责，同时应将工程技术资料、借用器具以及工余料等及时移交维护部 门。
低速率的光纤通信系统设计相对比较简单，重点是核算 中继段的长度和选择传输系统的制式及容量等级。高速光纤 通信系统的设计比较复杂，主要原因是随着DWDM系统传输 容量（速率）的提高，掺铒光纤放大器等不断实用化，给系 统的集成带来一定的复杂性，主要考虑的问题仍然是系统传 输速率、传输距离、业务种类及流量等。
3.2.5.竣工投资阶段
1.工程初验
光缆通信工程项目按批准的设计文件内容全部建成后，应由主管部门组织建设单位、档案管理 单位、投资建设单位以及设计、施工、维护等单位进行初验，并向上级有关部门递交初验报告。 初验后的光缆线路和设备一般由维护单位代维。大、中型工程的初验，一般光缆线路部分和设备 部分分别进行，小工程可一起进行。初验合格后的工程项目即可进行工程移交，开始试运行。
【例子1】设计一个STM-4长途光纤通信系统，使用 G.652光纤，工作波长选定1310nrn，相关系统参数为： 平均发送光功率PS =-3dBm，接收灵敏度Pr=-28dBm， 活动接器总损耗
∑AC= 2×0.8dB，光通道功率代价PP= 0.5dB，光缆光纤 损耗系数Af =0.4 dB/km，光缆固定接头平均损耗AS = 0.06dB/km，光缆富余度MC= 0.04dB/km，设备富余度 Me=2dB，系统采用单纵模光激光器，其谱宽Δλ=4nm。 试估计出该系统的最长中继段距离的值。
Ac As
式中，LA：光放段长度（km)；G：光放大器增益（dB)； ΣAc：光放段间光纤连接器损耗之和（dB）；Af：光纤衰减 系数（dB/km)；Mc：光缆富余度（dB/km)；As：每km光 纤固定接头平均损耗（dB/km) 。
DWDM系统衰减受限中继段距离L 估算，按式（3-4）计算
L
3.1.1.系统设计原则
系统性能必须符合本地传输网及长途传输网光纤数字传输系统的技术要求。 通用性强，能方便地与现有系统实现接口连网使用。专用通信网除内部系统
实现接口连网使用外，还应考虑与公用通信网及其他专用通信网的接口连网 使用，以增加通信组网的灵活性。 功能完善，在技术上具有一定的先进性，以满足今后发展的需要。 结构合理，施工、安装、维护方便。 经济性好，投资效益高。 在系统设计时采用的产品必须符合相关的国家标准、行业标准、技术规范的要 求，还应接受ITU-T的有关建议。此外还应考虑下述有关问题： 综合考虑最佳路由和局站设置、系统的容量（传输速率）、传输距离、业务 流量、投资额度和发展的可能性等相关因素，合理选择系统的传输体制、光 缆型号和光电设备型号等，以满足对系统性能的总体要求； 充分利用本系统的监测功能，采用集中监控方式，接入全网的网管系统； 具有保证系统正常工作的其他配套设施。
如图3-2所示，图中OLA为掺铒光纤放大器。 DWDM传输系统中继距离的设计，需根据光功 率、色散和信噪比的计算结果，确定光放大器 的增益类型和中继段内允许的光放段数量。
图3-2 DWDM系统示意图
（1）DWDM系统衰减受限中继 段距离估算
光放段的长度一般按式（3-3）计算：
LA
G Af Mc
3.2.1.规划阶段
项目建议书
可行性研究 和专家评估
设计合同/委 托书
图3-4 光缆线路工程建设程序
3.2.2.设计阶段
设计阶段的划分是根据项目的规模、性质等不同情况而定的。设计 阶段的主要工作内容是编制设计文件并对其进行审定。光缆线路的 勘察是光缆线路工程设计阶段必不可少的重要环节。当设计书一经 批准，执行中不得任意修改变更。设计书是承担工程实施部门（即 具有施工资质的施工企业）完成项目建设的主要依据。
（2） SDH系统色散受限中继段距 离估算
根据ITU-T建议，色散受限系统中继段距离可用式 （3.2）估算：
L 10 6 D B
式中：L：色散限制中继段长度（km）；：当光 源为多纵模激光器时取0.115，单纵模激光器时取 0.306；B：线路信号比特率（Mbit/s）；Δλ：光 源的谱宽（nm）；D：光纤色散系数（ps/nm.km）
2、光纤通信的传输窗口及光纤选型
设计时，可参看表3-3选取光接口指标的应用代码。表中I表示不超过 2km距离的局内通信；S表示15km内短距离局间通信；L表示40～80km 长距离局间通信。字母横杠后的第一位数字如1、4、16分别表示STM－l、 STM－4、STM－16速率等级；第二位数字（即小数点后的数字）表示 工作波长和光纤类型 。
第3章 光缆通信线路工程设计
概述
光缆通信线路工程的设计：在现有通信网设备规 划、整合、优化基础上，以通信网发展需要、先 进的工程技术和经济实力分析为依据，依照技术 标准、规范、规程，对工程项目进行勘察和技术 分析，编制作为工程建设依据的设计文件。同时 要求设计文件应准确反映综合技术的先进性、可 行性以及经济性和社会效益，应满足在5至10年内 的先进性和适用性。
外界环境因素引起的光缆性能劣化，S和R 点间其它连接器性能劣化，因此在设计中应保
留必要的富余量。在一个中继段内，光缆总的 富余度不应超过5dB，设计中按3~5dB取值； 用Me表示设备富余度（dB），通常取3dB； ∑Ac表示S和R点之间所有光纤活动连接器损耗 (dB)之和，如ODF架上的短接光纤连接设备连 接器衰减，FC型连接器平均0.8dB／个，PC型 平均0.5dB／个；Ac表示每个活动连接器损耗 (dB/个)；Af表示光纤损耗系数（dB／km）； As表示每km光缆固定接头平均衰减（dB／ km），与光缆质量，熔接机性能，操作水平有 关。设计中按平均值0.05~0.08 dB／km取值 。
3.竣工验收交付使用
在试运行期内电路开放，按地方网管理，即一级干线试运行阶段按二级干线管理使用。 竣工验收是在系统和试运行结束后，并具备了验收交付使用的条件，由相关部门组织对工程进 行系统验收。竣工验收是对整个光缆通信系统进行全面检查和指标抽测。对于中小型工程项目， 可视情况适当地简化验收程序，将工程初验同竣工验收合并进行。
3.1.2.系统设计的基本参数
1、确定系统的制式和速率等级
表3-1 3种PDH码速率等级标准
速率等级 1 4 16 64
名称 STM-1 STM-4 STM-16 STM-64
源自文库
比特速率（Mbit/s） 155.520 622.080 2488.320 9753.280
表3-2
SDH码速率等级标准
3.1.2.系统设计的基本参数
3.2.3.准备阶段
准备阶段的主要任务是做好建设准备和计划安排。建设准备就是要 做好工程开工前的准备工作，如勘察工作中水文、地质、气象、环 境等资料收集；路由障碍物迁移、交接手续；主材、设备的预订货 以及施工力量的招选。计划安排是要根据已经批准的初步设计和总 概算编制年度计划。对资金、材料设备进行合理安排，要求工程建 设保持连续性、可行性以保证工程项目的顺利完成。
40Gbit/s的传 输距离
<1km 6 km 25 km 156 km 625 km
§3.2 光缆线路工程建设程序
光缆线路工程是光缆通信线路工程的一个重要组成部 分，光缆线路工程设计范围是以本局ODF或ODP架连 接器至对方局的ODF或ODP之间，如图3－3所示。一 般大中型光缆线路工程建设程序如图3-4所示，可分 为五阶段（即规划、设计、准备、施工和竣工投产） 十步骤。
§3.3 光缆线路工程设计
光缆线路工程设计的原则是遵守相关法律法规、 合理利用资源、环境保护；工程设计必须保证通 信网整体通信质量，技术先进、经济合理、安全 可靠、充分考虑远期发展的可能性，采用的电信 设备应有入网许可证。
光缆通信线路工程设计主要包括：光纤通信系统 设计和光缆线路工程设计（即线路勘察、传输设 备配置、安装工程等）两大部分，它们多数属于 如省际之间网、省市之间网、本地网等的光缆通 信线路工程。
§3.1 光纤通信系统设计
光纤通信系统设计的任务：
遵循规范建议，采用先进、成熟技术，综合考虑地区发 展规划、人口因素、现有资源、系统经济成本，合理地选用 系统使用的光缆、光器件和设备等，明确系统的全部技术参 数，完成实用系统的集成。
n i 1
LAi
n i 1
Gi Afi M ci
Aci Asi
式中，n：DWDM系统光放段数量；第i光放段的 长度LAi（km)、放大器增益Gi（dB)、光纤连接器 损耗之和ΣAci（dB）、光纤衰减系数Afi（dB/km)、 光缆富余度Mci（dB/km)、每km光纤固定接头平 均损耗Asi（dB/km) 。
(2) DWDM系统色散受限中继段 估算
L Dmax D
式中，L:色散受限系统中继段长度（km）； Dmax：S和R点之间允许的最大色散值 （ps/nm）；D：光纤色散系数（ps/nm km）。
3.1.3.传输中继距离的设计
3、高速光纤系统偏振模色散PMD受限中继段估算
L [
1
]2
10PMDC BL
3.2.4.施工阶段
1.施工组织设计
光缆通信工程的施工包括光缆线路的施工和设备安装施工两 大部分。
①工程规模及主要施工项目； ②施工现场管理机构。施工管理包括工程技术管理、器材、 机具、仪表、车辆管理； ③主要技术措施、质量保证和安全保证措施； ④经济技术承包责任制、计划工期和施工进度。
2、工程施工 光缆线路工程施工是按施工图设计规定内容、合同 书要求和施工组织设计进行的。 （1）光缆线路施工 （2）设备机械（安装）施工
即实际最大中继距离为35.1km
2.DWDM系统中继段距离估算
DWDM系统最大中继距离估算，也是按照衰 减受限和色散受限的两个条件来估算的。图 3-2 DWDM系统示意图
DWDM系统的传输线路主要设置有：光终端 复用OTM、光交叉连接OXC、光放大器OLA （光中继器）和光放大器之间对应的光放段 LA、中继段SR或复用段，
表3-3 光接口分类及其应用
3.1.3 传输系统中继距离的设计
光纤传输最长中继距离由光纤衰减和色散 等因素决定 。
图3-1光纤传输系统示意图
1、SDH传输系统最长中继段距离的估算
衰减限制系统中继段距离可用式估算：
L PS Pr PP Me AC
Af AS Mc
式中：用L表示衰减限制中继段长度（km）；用Ps表示S点 发送光功率（dBm）；用Pr表示R点接收灵敏度（dBm）； 用Pp表示光通道功率代价（dB），因反射、码间干扰、模 分配噪声和激光器啁啾而产生的总退化。光通道功率代价不 超过ldB，对于L-16.2系统，则不超过2dB；用Mc表示光缆富 余度（dB/km），是指光缆线路运行中的变动（如维护时附 加接头或增加光缆长度的）。
或
BL
1 10PMDC
L
表3-4 PMDC与传输速率和传输距离的关系
PMDC
2.5Gbit/s的传 10Gbit/s的传
（ps/√km） 输距离
输距离
3.0
178 km
11 km
1.0
1600 km
100 km
0.5
6400 km
400 km
0.2
40 000 km
2500 km
0.1
160 000 km 10 000 km
解：按式（3-1）可计算估计出该系统的中继段距离为：
L PS Pr PP Me AC
Af AS M c
3 (28) 0.5 2 2 0.8 41.8km 0.4 0.06 0.04
按式（3-2）可计算估计出该系统 的中继段距离为：
L 106 0.306106 35.1km D B 3.5 4 622.080
2.生产准备、工程移交和试运行
生产准备是指工程交付使用前必须进行的生产、技术和生活等方面的必要准备。它包括： （1）培训生产人员。一般在施工前配齐人员，并可直接参加工程施工、验收等工作； （2）按设计文件配置好工具、器材及备用维护材料； （3）组织好管理机构、制订规章制度以及配备好办公、生活等设施。 试运行是指工程初验后到正式验收、移交之间的设备运行。一般试运行期为3个月，大型或引 进的重点工程项目，试运行期可适当延长。试运行期间，由维护部门代维，但施工部门负有协助 处理故障确保正常运行的职责，同时应将工程技术资料、借用器具以及工余料等及时移交维护部 门。
低速率的光纤通信系统设计相对比较简单，重点是核算 中继段的长度和选择传输系统的制式及容量等级。高速光纤 通信系统的设计比较复杂，主要原因是随着DWDM系统传输 容量（速率）的提高，掺铒光纤放大器等不断实用化，给系 统的集成带来一定的复杂性，主要考虑的问题仍然是系统传 输速率、传输距离、业务种类及流量等。
3.2.5.竣工投资阶段
1.工程初验
光缆通信工程项目按批准的设计文件内容全部建成后，应由主管部门组织建设单位、档案管理 单位、投资建设单位以及设计、施工、维护等单位进行初验，并向上级有关部门递交初验报告。 初验后的光缆线路和设备一般由维护单位代维。大、中型工程的初验，一般光缆线路部分和设备 部分分别进行，小工程可一起进行。初验合格后的工程项目即可进行工程移交，开始试运行。
【例子1】设计一个STM-4长途光纤通信系统，使用 G.652光纤，工作波长选定1310nrn，相关系统参数为： 平均发送光功率PS =-3dBm，接收灵敏度Pr=-28dBm， 活动接器总损耗
∑AC= 2×0.8dB，光通道功率代价PP= 0.5dB，光缆光纤 损耗系数Af =0.4 dB/km，光缆固定接头平均损耗AS = 0.06dB/km，光缆富余度MC= 0.04dB/km，设备富余度 Me=2dB，系统采用单纵模光激光器，其谱宽Δλ=4nm。 试估计出该系统的最长中继段距离的值。
Ac As
式中，LA：光放段长度（km)；G：光放大器增益（dB)； ΣAc：光放段间光纤连接器损耗之和（dB）；Af：光纤衰减 系数（dB/km)；Mc：光缆富余度（dB/km)；As：每km光 纤固定接头平均损耗（dB/km) 。
DWDM系统衰减受限中继段距离L 估算，按式（3-4）计算
L
3.1.1.系统设计原则
系统性能必须符合本地传输网及长途传输网光纤数字传输系统的技术要求。 通用性强，能方便地与现有系统实现接口连网使用。专用通信网除内部系统
实现接口连网使用外，还应考虑与公用通信网及其他专用通信网的接口连网 使用，以增加通信组网的灵活性。 功能完善，在技术上具有一定的先进性，以满足今后发展的需要。 结构合理，施工、安装、维护方便。 经济性好，投资效益高。 在系统设计时采用的产品必须符合相关的国家标准、行业标准、技术规范的要 求，还应接受ITU-T的有关建议。此外还应考虑下述有关问题： 综合考虑最佳路由和局站设置、系统的容量（传输速率）、传输距离、业务 流量、投资额度和发展的可能性等相关因素，合理选择系统的传输体制、光 缆型号和光电设备型号等，以满足对系统性能的总体要求； 充分利用本系统的监测功能，采用集中监控方式，接入全网的网管系统； 具有保证系统正常工作的其他配套设施。
如图3-2所示，图中OLA为掺铒光纤放大器。 DWDM传输系统中继距离的设计，需根据光功 率、色散和信噪比的计算结果，确定光放大器 的增益类型和中继段内允许的光放段数量。
图3-2 DWDM系统示意图
（1）DWDM系统衰减受限中继 段距离估算
光放段的长度一般按式（3-3）计算：
LA
G Af Mc