光模块技术参数

1、光模块的技术参数 2007-12-06 17:15 1、 光模块传输数率：指每秒传输比特数，单位 Mb/s 或 Gb/s。 2、 光模块发射光功率和接收灵敏度：发射光功率指发射端的光强，接收灵 敏度指可以探测到的光强度。两者都以 dBm 为单位，是影响传输距离的重要参 数。光模块可传输的距离主要受到损耗和色散两方面受限。损耗限制可以根据 公式：损耗受限距离（发射光功率-接收灵敏度）/光纤衰减量 来估算。光纤 衰减量和实际选用的光纤相关。一般目前的 G.652 光纤可以做到 1310nm 波段 0.5dB/km，1550nm 波段 0.3dB/km 甚至更佳。50um 多模光纤在 850nm 波段 4dB/km 1310nm 波段 2dB/km。对于百兆、千兆的光模块色散受限远大于损耗受 限，可以不作考虑。 3、 10GE 光模块遵循 802.3ae 的标准，传输的距离和选用光纤类型、光模块 光性能相关。 4、 饱和光功率值指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为- 3dBm。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。因此对于发 射光功率大的光模块不加衰减回环测试会出现误码

2、现象。 5、 传输距离 光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为 2km 及以下的为短距离，1020km 的为中距离，30km、40km 及以上的为长距 离。光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定 的损耗损耗和和色散色散。损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄漏导致 的光能量损失，这部分能量随着传输距离的增加以一定的比率耗散。色散的产 生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信 号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲 展宽，进而无法分辨信号值。 因此，用户需要根据自己的实际组网情况选择合适的光模块，以满足不同的 传输距离要求。 6、 中心波长 中心波长指光信号传输所使用的光波段。目前常用的光模块的中心波长 主要有三种：850nm 波段、1310nm 波段以及 1550nm 波段850nm 波段：多用于短距离传输1310nm 和 1550nm 波段：多用于中长距离传输光纤光模块应用特性和检测参数值的参考光纤光模块应用特性和检测参数值的参考1 引言今天，以太网技术已成为局域网中不可或缺、暂

3、时还无可取代的技术。随着 局域网的广泛普及、网络规模的扩大、以太网接入技术的快速发展、网络传输 速率的不断增长，以及网络互联互通和下一代网络技术的应用需求，以太网的 传输方式、传输能力、服务质量越来越受到关注，其中传输距离、传输速率是 以太网传输能力的重要体现，是以太网从传统的局域网技术走向城域网技术甚 至广域网技术的关键。然而，从技术的角度来看，传输速率越高，传输受限距 离越短；从应用需求来说，越是高速率，越可能用于骨干传输，其传输距离要 求越长。也正因为这一对矛盾的存在，以及高速以太网向更大范围的园区骨干和城域应用的快速扩展，以太网相关标准的传输距离限制常常遇到挑战：为何 受到标准距离的限制？能否突破以满足实际距离需求？本文以基于光纤介质的 吉位以太网相关标准为参照，着重从媒体访问控制方式、传输损耗、传输色散 等角度分析以太网传输距离的限制因素和突破办法。2 吉位以太网相关标准的距离限制自从 1998 年 6 月 IEEE 802.3z 吉位以太网标准（有关 1 000 Base-SX，1 000 Base-LX 和 1 000 Base-CX 接口）正式通过以来，先后通过了 IE

4、EE 802.3ab（有关 1 000 Base-T 接口）吉位以太网标准和 IEEE 802.3ae（有关 10 GBase-SR， 10 GBase-LR，10 GBase-ER，10 GBase-SW，10 GBase-LW，10 GBase-EW 和 10 GBase-LX4 接口）10 G 以太网标准。但就长距离传输的吉位以 太网来说，主要关心的是与光纤介质相关的吉位以太网标准IEEE 802.3z。依据 IEEE 802.3z 标准，不同光纤带宽对应的波长、最大传输距离如表 1 所示。其中，工作波长 850 nm 对应 1 000 Base-SX，工作波长 1 310 nm 对应 1 000 Base-LX。表 1 吉位以太网对应不同光纤类型、波长的最大传输距离光纤类型工作波长(nm)模带宽（MHzkm）最大传输距离(m)62.5 m 多模 85016022062.5 m 多模 85020027550 m 多模 85040050050 m 多模 85050055062.5 m 多模 1 31050055050 m 多模 1 310400/50055010 m 单模 1 31

5、0N/A5 000表 1 中与传输距离限制紧密相关的一个重要参数是模带宽，是一段光纤所 能通过的最大调制频率脉冲的调制频率和光纤长度的乘积，它体现了光纤传输 信息的能力，主要体现了色散对光纤系统的传输速率、传输距离的影响。表 1 中有关参数的给定条件分析：均采用 LD 光源而不再像低速率系统那样采用 LED 光源；考虑了不同类型、不同等级的光纤，特别是传统的光纤，新出现 的光纤未列出但其将提供更好的性能；单模光纤模式色散可忽略不计，其对 应模带宽值足够大；最大传输距离是指无中继放大、无色散补偿时的距离。3 影响传输距离的关键因素影响传输距离的关键因素影响以太网传输距离的因素很多，如噪声、串扰等，其中较关键的因素主要有媒体访问控制方法、信号传输的衰减和信号传输的色散。下面分别就其原理、影响、改进办法进行分析。3.1 媒体访问控制方法对传输距离的制约以太网的媒体访问控制方法 CSMA/CD 是制约传输距离的最基本的因素，它随以太网技术的出现而出现，并随着传输速率的提高而限制距离更短。CSMA/CD 的基本思想是先听后说，遇干扰时找机会再说，即对于同一网段上的每个节点，共享同一传输介质，监听

6、同一网段的状态，并可能试图发送数据，但同一时间段只能有一个节点能够发送合法数据，其他节点可接收被传输的数据，若节点发送的数据信号被其他信号所混淆，说明已发生冲突，需用退让算法进行避让。典型的退让算法是截断二进制指数退让算法（Truncated Binary Exponential Backoff）：（1）当发送某数据第一次出现冲突时，取m=2;（2）退让时间为 r 个时间片，每个时间片等于网络中端到端往返的传播时延，r 为 02m 间的随机数；（3）第 n 次出现冲突时，m=min(n,10)；（4）n的最大值一般设为 16，超过时丢弃数据而不再重发。对于 10 Mbps，100 Mbps 以太网，最小帧长度为 64 字节，时间片为发送 512 比特所需的时延，对于 1 Gbps 以太网，最小帧长度仍为 64 字节，时间片则变为发送 4 096 比特所需的时延。最小帧长度不变是为了保证吉位以太网的兼容性，但基于 CSMA/CD，为保证冲突能即时、有效地检测，往返距离必须足够小，以使最短帧的第一位在最后一位发送前往返整个网段，按信号传送速度 20 万 km/s 计算，对于 10 Mbps

7、，100 Mbps 和吉位以太网的往返距离分别为 10 240 m，1 024 m 和 102.4 m。考虑到连接器等设备带来的延迟，特别是速率提高使发送最短帧的时间更短，从而大大缩短了冲突域的直径，网段长度变成不可接受的几十米。解决此问题的办法是在以太网帧后增加一个与数据相区别的扩展字段，其长度等于时间片内可发送比特数减去最小帧比特数。由此也导致吉位以太网传输效率的降低，解决办法是引入帧的突发机制，即一旦成功地发送了一个帧，该站可不用重新竞争而继续发送其他帧，其最大突发限制为 65 536 比特。3.2 信号衰减对传输距离的制约信号在传输介质中传播时，其能量会逐渐损耗，由此决定着信号在无中继时的最大传输距离。当信号在光纤中传播时，传输到L 处的平均光功率与入纤时平均光功率呈指数规律减少，即 P(L)=P(0)10-L/10，衰减系数 的单位为 dB/km。对吉位以太网而言，表 1 中最大传输距离的确定主要是依据对应传输系统的损耗特性，包括光纤损耗、插入损耗、光通道代价、发送功率、接收灵敏度、富裕度等。在 IEEE802.3z 中，基于最坏条件考虑，给出了在最大传输距离时的链路功率预算

8、，见表 2。在工程实施时，如果相关参数值都符合表 2 中数据，在标准中规定距离内的应用是肯定能成功的。在实际工程中，常常有超出标准中规定距离的应用需求，表 2 最坏条件下的链路功率预算参数 850 nm,62.5 m850 nm,50 m1 300 nm,62.5 m1 300 nm,50 m1 300 nm,10 m,SMF链路功率预算(dB)7.57.57.57.57.57.57.58.0链路距离(m)2202755005505505505505 000通道插入损耗(dB)2.382.603.373.562.352.352.354.75链路功率代价(dB)4.274.294.073.573.485.083.963.27最小平均发射功率(dBm)-9.5-11.5-11.5-11.5-11.0接收灵敏度(dBm)-17-19消光比(dB)9富裕度(dB)0.840.600.050.371.670.071.190.16或基于成本等因素考虑，需采用标准距离限制更短但费用低廉的方案，因此，有必要对表中参数进行具体分析：(1）标准中数值确定的前提：综合考虑了各种可能的情况，如不同厂家、不同型

9、号的连接器，不同厂家、不同型号的光纤的传输特性差别很大，如早期光纤。(2）标准对传输距离的扩展留有“后门”：如果符合其他的规范条件，超出距离范围是可以接受的。（3）表中参数关系：链路功率预算与收发设备：链路功率预算的值为最小平均发射功率与接收灵敏度的差，由此可见，若实际发送设备和接收设备的参数值与表中不同，只要其差值符合链路功率预算要求，也应能满足实际需要。通道插入损耗：包括链路段中的连接损耗、光纤线路损耗等。链路功率代价除与链路的损耗有关外，与链路的色散、噪声和发送端的消光比等有关，其原因是波形失真导致接收机的灵敏度下降。链路功率预算与富裕度：某一网段要能成功实施，即在满足误码率要求情况下实现信号的无中继传输，其链路功率预算值应足够大，或者说其通道插入损耗和链路功率代价应足够小，以使系统的功率有富裕而非不足，即应满足：裕度=链路功率预算值通道插入损耗链路功率代价0（4）表中数据的进一步分析：表中通道插入损耗值应包含至少两对连接器的插入损耗和光纤线路的损耗。以 MT-RJ 接头每对最大插入损耗值为 0.75 dB 来看，两对的最大插入损耗值为 1.5 dB，若采用 62.5 m 的多模光纤在 850 nm 波段传输信号，按最大光纤衰减 3.75 dB/km 计算，在最大距离即 220 m 时有 0.825 dB 的损耗，故共有 2.325 dB 的通道插入损耗，仍然满足 2.33 dB 通道插入损耗的预算。对于常用的 SC，ST 和 FC 型号连接器，实际插入损耗小得多，以武汉某公司产品为例，其插入损耗为：单模：0.3 dB，多模：0.1 dB，即使是 MT-RJ 连接器，其实际插入损耗为：单模：0.7 dB，多模：0.45 dB；另一方面，新的多模光纤的衰减也已减小，在 850 nm 处3.0 dB/km，在 1 300 nm 处1.0 dB/km。由此可见，单就通道插入损耗值，实际功率预算有相当的富裕。表中链路功率预算值为 7.5 dB 或 8.0 dB，实际设备若能提供更大的链路功率预算值，则意味着系统能提供更远的传输距离。3.3 色散对以太网传输距离的制约光纤的色散是因光信号的不同频率成分和不同模式成分的传输速度不同而引起，它使光纤带宽变窄，从而限

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