CN112187365A - 一种5g前传系统及其设计方法 - Google Patents
一种5g前传系统及其设计方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN112187365A CN112187365A CN202011056824.2A CN202011056824A CN112187365A CN 112187365 A CN112187365 A CN 112187365A CN 202011056824 A CN202011056824 A CN 202011056824A CN 112187365 A CN112187365 A CN 112187365A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- optical fiber
- dispersion
- algorithm
- forwarding system
- signal
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Granted
Links
- 238000000034 method Methods 0.000 title claims abstract description 43
- 238000013461 design Methods 0.000 title claims abstract description 16
- 239000013307 optical fiber Substances 0.000 claims abstract description 107
- 239000006185 dispersion Substances 0.000 claims abstract description 101
- 230000005540 biological transmission Effects 0.000 claims abstract description 92
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 claims abstract description 57
- 238000005457 optimization Methods 0.000 claims abstract description 37
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 claims abstract description 34
- 238000004891 communication Methods 0.000 claims abstract description 32
- 238000012545 processing Methods 0.000 claims abstract description 6
- 239000000835 fiber Substances 0.000 claims description 76
- 238000012423 maintenance Methods 0.000 claims description 28
- 230000004927 fusion Effects 0.000 claims description 21
- 230000035945 sensitivity Effects 0.000 claims description 16
- 238000010276 construction Methods 0.000 claims description 10
- 230000002068 genetic effect Effects 0.000 claims description 7
- 238000003780 insertion Methods 0.000 claims description 7
- 230000037431 insertion Effects 0.000 claims description 7
- 239000008186 active pharmaceutical agent Substances 0.000 claims description 6
- 238000013473 artificial intelligence Methods 0.000 claims description 6
- 230000005693 optoelectronics Effects 0.000 claims description 6
- 241000251468 Actinopterygii Species 0.000 claims description 3
- 241000254158 Lampyridae Species 0.000 claims description 3
- 238000000137 annealing Methods 0.000 claims description 3
- 230000001580 bacterial effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000002939 conjugate gradient method Methods 0.000 claims description 3
- 230000002431 foraging effect Effects 0.000 claims description 3
- 238000011478 gradient descent method Methods 0.000 claims description 3
- 239000002245 particle Substances 0.000 claims description 3
- 238000002360 preparation method Methods 0.000 claims 1
- 238000005253 cladding Methods 0.000 description 17
- 108700041286 delta Proteins 0.000 description 3
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 3
- PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N Fluorine Chemical compound FF PXGOKWXKJXAPGV-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 2
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 description 2
- 229910052731 fluorine Inorganic materials 0.000 description 2
- 239000011737 fluorine Substances 0.000 description 2
- 238000007526 fusion splicing Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 235000012239 silicon dioxide Nutrition 0.000 description 2
- 238000003466 welding Methods 0.000 description 2
- VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N Silicium dioxide Chemical compound O=[Si]=O VYPSYNLAJGMNEJ-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 229910052783 alkali metal Inorganic materials 0.000 description 1
- 150000001340 alkali metals Chemical class 0.000 description 1
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 1
- 230000007547 defect Effects 0.000 description 1
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 1
- 238000009826 distribution Methods 0.000 description 1
- 229910052732 germanium Inorganic materials 0.000 description 1
- GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N germanium atom Chemical compound [Ge] GNPVGFCGXDBREM-UHFFFAOYSA-N 0.000 description 1
- 230000010365 information processing Effects 0.000 description 1
- 238000010295 mobile communication Methods 0.000 description 1
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 1
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 1
- 230000035772 mutation Effects 0.000 description 1
- 230000009467 reduction Effects 0.000 description 1
- 230000001105 regulatory effect Effects 0.000 description 1
Images
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
- H04B10/25752—Optical arrangements for wireless networks
- H04B10/25758—Optical arrangements for wireless networks between a central unit and a single remote unit by means of an optical fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2507—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion
- H04B10/2513—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion
- H04B10/2525—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres
- H04B10/25253—Arrangements specific to fibre transmission for the reduction or elimination of distortion or dispersion due to chromatic dispersion using dispersion-compensating fibres with dispersion management, i.e. using a combination of different kind of fibres in the transmission system
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B10/00—Transmission systems employing electromagnetic waves other than radio-waves, e.g. infrared, visible or ultraviolet light, or employing corpuscular radiation, e.g. quantum communication
- H04B10/25—Arrangements specific to fibre transmission
- H04B10/2575—Radio-over-fibre, e.g. radio frequency signal modulated onto an optical carrier
- H04B10/25752—Optical arrangements for wireless networks
- H04B10/25758—Optical arrangements for wireless networks between a central unit and a single remote unit by means of an optical fibre
- H04B10/25759—Details of the reception of RF signal or the optical conversion before the optical fibre
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
- H04B2210/006—Devices for generating or processing an RF signal by optical means
-
- H—ELECTRICITY
- H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
- H04B—TRANSMISSION
- H04B2210/00—Indexing scheme relating to optical transmission systems
- H04B2210/25—Distortion or dispersion compensation
- H04B2210/258—Distortion or dispersion compensation treating each wavelength or wavelength band separately
Abstract
本发明公开了一种5G前传系统、其设计方法及色散管理光纤的应用。所述5G前传系统包括信号发射端、光纤传输链路、和信号接收端；光信号由信号发射端发出，经光纤传输链路，为信号接收端接收并转换成电信号进行处理；其工作波长在1260nm到1380nm之间，优选1260nm到1375nm之间。所述设计方法包括步骤：以包含通信光纤造价和信号接收端光电检测器造价在内的前传系统造价为优化目标，采用优化算法，获得各优化参数的取值，并按照各优化参数的取值设计所述5G前传系统。本发明将色散管理光纤，应用于5G前传系统，能采用现有成熟产品光器件，有效降低5G前传系统总成本。
Description
技术领域
本发明属于光纤通信领域，更具体地，涉及一种5G前传通信系统，应用于光纤通信、光电信息处理领域。
背景技术
随着通信与多媒体业务需求的不断增加，移动通信技术飞速发展。第五代通信技术(5G)是目前最热的信息与通信技术课题，是未来数字世界的驱动平台，是万物互联新世界的基础设施。5G网络引入大带宽、低时延的海量连接，对RAN(Radio Access Network)进行了改进，从4G/LTE网络的BBU(Baseband Unit，基带单元)、RRU两级结构演进到CU(Centralized Unit，集中单元)、DU(Distribute Unit，分布单元)、和AAU(Active AntennaUnit，有源天线处理单元)三级结构。具体为，原BBU的非实时部分分割出来，重新定义为CU，负责处理非实时协议和服务；BBU的部分物理层处理功能与原RRU合并为AAU；BBU的剩余功能重新定义为DU，负责处理物理层协议和实时服务。CU和DU采用分开部署或合设的方式，承载网也相应分为两种方式。分开部署的方式相应的承载网分为三部分，AAU与DU之间为前传(Fronthaul)，DU与CU之间是中传(Middlehaul)，CU以上是回传。合设的方式，称为gNB，其承载网的结构仅包括前传和回传两部分。
5G时代引入海量传感器、可穿戴设备等新型接入终端，因此流量密度急剧增长，对前传网络的高性能和低成本提出了迫切的需求。目前在5G前传承载方案中，在O波段扩展CWDM4/LWDM4波长成为可选择的解决方案，本领域迫切需要实现O波段扩展波长的低成本策略。
发明内容
针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种5G前传系统，其目的在于通过成熟低成本的光器件选择，在1260nm到1375nm的波长范围内，构建高可靠性低成本5G前传系统，从而实现5G前传低成本高性能策略，由此解决现有技术波长分配带来的激光器、探测器成本高的技术问题。
为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种5G前传系统，其包括信号发射端、光纤传输链路、和信号接收端；光信号由信号发射端发出，经光纤传输链路，为信号接收端接收并转换成电信号进行处理；其工作波长在1260nm到1380nm之间，优选1260nm到1375nm之间。
优选地，所述5G前传系统，其所述信号接收端包括光电信号探测器，所述光电信号探测器在工作波长的灵敏度达到-19.5dBm，优选达到-14dBm。
优选地，所述5G前传系统，其所述信号接收端包括光电信号探测器，所述光电信号探测器为PIN光电二极管。
优选地，所述5G前传系统，其所述光纤传输链路包括非色散位移单模光纤和/或色散管理光纤，所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-18～3.0ps/nm·km之间，优选所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-7.5～1.8ps/nm·km之间。
优选地，所述5G前传系统，其包括非色散位移单模光纤和色散管理光纤，所述非色散位移单模光纤和色散管理光纤的连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.2dB，优选低于0.1dB，更优选低于0.05dB，再优选低于0.03dB。
优选地，所述5G前传系统，其包括多段色散管理光纤，传输链路中色散管理光纤之间连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.1dB，优选低于0.05dB，更优选低于0.03dB。
优选地，所述5G前传系统，其所述光纤传输链路长度上限为25km，优选为20km，更优选10km。
优选地，所述5G前传系统，其所述信号发射端产生多个波长的光信号，所述多个波长的光信号波长间隔均匀或不均匀。
优选地，所述5G前传系统，其信号发射端采用多个波长的光信号，所述多个波长的光信号波长间隔在0.3nm以上，优选1.2nm以上，进一步优选4.5nm以上，更优选7nm以上，再优选13nm以上。
优选地，所述5G前传系统，其传输链路中心波长间隔为5nm、7nm、10nm、13nm、或20nm。
优选地，所述5G前传系统，其信号发射端采用6个以上波长的光信号，优选12个以上波长的光信号，更优选18个以上波长的光信号。
按照本发明的另一个方面，提供了一种所述5G前传系统的设计方法，其包括以下步骤：
确定各优化参数的搜索空间，以所述系统各光纤传输链的维护余量大于等于预设阈值、光纤传输链路为预设的总长度为约束条件，以包含通信光纤造价和信号接收端光电检测器造价在内的前传系统造价为优化目标，采用优化算法，获得各优化参数的取值，并按照各优化参数的取值设计所述5G前传系统；
所述优化参数包括：通信光纤的种类数量、通信光纤的具体种类、各种类通信光纤的长度、光电信号探测器的种类、和/或光电信号探测器的灵敏度。
优选地，所述5G前传系统的设计方法，其前传系统造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
优选地，所述5G前传系统的设计方法，其所述系统各光纤传输链的维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
优选地，所述5G前传系统的设计方法，其所述优化参数还包括维护余量预设阈值、熔接损耗。
优选地，所述5G前传系统的设计方法，其采用优化算法为：枚举法、或人工智能优化算法；所述人工智能优化算法优选为启发式算法或全局优化算法；所述启发式算法包括遗传算法、贪心算法、退火算法、蚁群算法、粒子群算法、人工蜂群算法、人工鱼群算法、混洗蛙跳算法、烟花算法、细菌觅食优化算法、以及萤火虫算法；所述全局优化算法包括贪婪算法、牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法、以及梯度下降法。
按照本发明的另一个方面，提供了一种色散管理光纤的应用，其应用于制备全采用PIN光电二极管作为光电信号探测器的5G前传系统。
优选地，所述应用，其所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-18～3.0ps/nm·km之间，优选所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-7.5～1.8ps/nm·km之间。
优选地，所述应用，其所述5G前传系统的光纤传输链路长度上限为20km，优选10km。
总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：
充分利用现有成熟的光器件、光模块，接收端可以全部采用PIN光电探测器，AAU到DU之间传输距离0到20km，甚至超过20km，最大限度地降低系统成本。
本发明提供的一种5G前传系统，通过采用均匀或不均匀波长分配方案，扩展了O波段的传输波长；采用现有成熟产品光器件，接收端全部采用PIN光电探测器，最大限度降低了前传系统的成本。
在该系统中高速率4QAM信号的传输特性明显优于SSMF链路系统的传输特性；该系统是前传长跨距传输的优选方案。本发明简单快速、成本低、适合大容量新兴5G前传系统的建设且适宜大规模推广。
本发明提供的设计方法，能够有效的平衡色散管理光纤带来的成本增加和光电探测器的选择带来的成本降低，并且能扩展性的考虑其他造价影响因素，从而从整体上优化成本和传输性能，在保证性链路性能的同时，降低前传系统总造价。
本发明提供的色散管理光纤的应用，能有效降低5G前传系统的成本，并且提高前传系统的维护余量。
附图说明
图1是前传系统的结构示意图；
图2是本发明实施例2提供的色散管理光纤剖面结构示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
本发明提供的5G前传系统，如图1所示，包括信号发射端、光纤传输链路、和信号接收端；光信号由信号发射端发出，经光纤传输链路，为信号接收端接收并转换成电信号进行处理；其工作波长在其工作波长在1260nm到1380nm之间，优选1260nm到1375nm之间。
所述信号发射端，包括比特模式发生器、数模转换器、调制器、激光器、电放大器；产生多个波长的光信号，一般6个以上的波长的光信号，优选12个以上的波长的光信号，更优选18个以上的波长的光信号；所述多个波长的光信号波长间隔均匀或不均匀。所述多个波长的光信号波长间隔在0.3nm以上，优选1.2nm以上，进一步优选4.5nm以上，更优选7nm以上，再优选13nm以上，优选间隔为5nm、7nm、10nm、13nm、或20nm。
光纤传输链路，包括光分路器、光放大器EDFA、以及由非色散位移单模光纤和/或色散管理光纤组成的传输光纤，所述色散管理光纤即在工作波长范围内色散系数处于-18.0～3.0ps/nm·km之间的传输光纤，优选所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-7.5～1.8ps/nm·km之间；所述光纤传输链路长度上限为20km，优选10km。优选地，包括非色散位移单模光纤和色散管理光纤，所述非色散位移单模光纤和色散管理光纤的连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.2dB，优选低于0.1dB，更优选低于0.05dB，再优选低于0.03dB。优选地，包括多段色散管理光纤，传输链路中色散管理光纤之间连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.1dB，优选低于0.05dB，更优选低于0.03dB。
所述信号接收端，所述信号接收端包括光电信号探测器、模数转换器、数据处理器，所述光电信号探测器为PIN光电二极管；所述光电信号探测器在工作波长的灵敏度达到-19.5dBm，优选达到-14dBm。
本发明提供的所述5G前传系统的设计方法，包括以下步骤：
确定各优化参数的搜索空间；所述优化参数包括：通信光纤的种类数量、通信光纤的具体种类、各种类通信光纤的长度、光电信号探测器的种类、和/或光电信号探测器的灵敏度。
以所述系统各光纤传输链的维护余量大于等于预设阈值、光纤传输链路为预设的总长度为约束条件；所述系统各光纤传输链的维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
以包含通信光纤造价和信号接收端光电检测器造价在内的前传系统造价为优化目标；所述前传系统造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
采用优化算法，获得各优化参数的取值，并按照各优化参数的取值设计所述5G前传系统。优化算法为：枚举法、或人工智能优化算法；所述人工智能优化算法优选为启发式算法或全局优化算法；所述启发式算法包括遗传算法、贪心算法、退火算法、蚁群算法、粒子群算法、人工蜂群算法、人工鱼群算法、混洗蛙跳算法、烟花算法、细菌觅食优化算法、以及萤火虫算法；所述全局优化算法包括贪婪算法、牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法、以及梯度下降法。
以下为实施例：
以下实施例中，光纤衰减皆以0.35dB/km计，插损和其他损耗皆作为定值考虑。
实施例1
5G前传系统设计需求：采用CWDM的间隔20nm的波长1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm，不需要采用TEC温度控制，采用等距6波彩光模块，传输距离0到10km，甚至0到20km；不考虑多种类型的光纤熔接方案。
设计方法如下：
搜索参数及搜索空间：
发射光功率-4～7dBm，
通信光纤：
非色散位移单模光纤：G.652光纤在1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm的色散系数分别为-4.18ps/km·nm、-2.39ps/km·nm、-0.65ps/km·nm、1.06ps/km·nm、2.65ps/km·nm、4.2ps/km·nm，使用长度范围在0至20km，造价31元人民币每千米；
色散管理光纤1：长飞公司特种光纤，在1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm的色散系数分别为-6.65ps/km·nm、-5.18ps/km·nm、-3.78ps/km·nm、-2.45ps/km·nm、-1.21ps/km·nm、-0.01ps/km·nm，使用长度范围0至20km，造价45元人民币每千米；
光电信号探测器：
PIN光电信号探测器，灵敏度-14dBm；
APD光电信号探测器，APD光电信号探测器，-20dBm；
约束条件：
1、光纤传输链路的维护余量大于等于2dB
2、光纤传输链路为0至20km
优化目标：总造价最低。
优化方法：枚举法，即在由两种通信光纤和两种光电信号探测器的组合方案组中，选择满足光纤传输链路的维护余量满足约束条件且总造价最低的方案。造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
按照本方法设计的5G前传系统：包括信号发射端、光纤传输链路和接收检测端3个功能模块。其中，信号发射端包括比特模式发生器、数模转换器、调制器、激光器、电放大器，发射光功率1dBm；光纤传输链路包括光分路器、光放大器EDFA、色散管理光纤传输链路；信号接收端包括PIN光电探测器、模数转换器、数据处理器。该5G前传系统所使用的波长为1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离15km。光纤传输链路包括光分路器、色散管理光纤传输链路。该色散管理光纤在1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm的色散系数分别为-6.65ps/km·nm、-5.18ps/km·nm、-3.78ps/km·nm、-2.45ps/km·nm、-1.21ps/km·nm、-0.01ps/km·nm；维护余量达到：4dB。
本实施例在光传输链路中全部采用了色散管理光纤，降低了色散功率代价，从而在光模块中选用PIN光电探测器，放弃APD光电探测器方案，用无源光纤的方案解决了有源问题，降低传输链路成本，并且降低了光模块接收要求，提高光模块良率，降低了前传系统整体成本。
实施例2
5G前传系统设计需求：采用非等距波长扩展方案，波长为1267.5nm、1274.5nm、1287.5nm、1294.5nm、1307.5nm、1314.5nm、1327.5nm、1334.5nm、1347.5nm、1354.5nm、1367.5nm、1374.5nm，分别通过TEC调节和稳定波长，形成非等距12波彩光模块，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离0到20km。此方案的优势是保持低成本激光器芯片DML不变，发射功率-4～7dBm。
设计方法如下：
搜索参数及搜索空间：
发射光功率：-4～7dBm
通信光纤：
非色散位移单模光纤：G.652光纤在1267.5nm、1274.5nm、1287.5nm、1294.5nm、1307.5nm、1314.5nm、1327.5nm、1334.5nm、1347.5nm、1354.5nm、1367.5nm、1374.5nm波长的色散系数分别为-4.24ps/km·nm、-3.65ps/km·nm、-2.56ps/km·nm、-1.97ps/km·nm、-0.87ps/km·nm、-0.29ps/km·nm、0.81ps/km·nm、1.39ps/km·nm、2.48ps/km·nm、3.07ps/km·nm、4.17ps/km·nm、4.75ps/km·nm，使用长度范围在0至15km，造价31元人民币每千米；
色散管理光纤2：长飞特种光纤，在1267.5nm、1274.5nm、1287.5nm、1294.5nm、1307.5nm、1314.5nm、1327.5nm、1334.5nm、1347.5nm、1354.5nm、1367.5nm、1374.5nm波长的色散系数分别为-6.65ps/km·nm、-6.19ps/km·nm、-5.34ps/km·nm、-4.88ps/km·nm、-4.03ps/km·nm、-3.57ps/km·nm、-2.72ps/km·nm、-2.26ps/km·nm、-1.41ps/km·nm、-0.95ps/km·nm、-0.11ps/km·nm、0.36ps/km·nm，使用长度范围在0至15km，造价51元人民币每千米。
该色散管理光纤包括有纤芯和包层，如图2所示，纤芯为掺锗的相对折射率为正值的石英玻璃层，包覆在纤芯外的依次为下陷包层、环形包层、匹配包层和纯石英包层，纤芯的相对折射率差Δ1％为正值，半径为R1，纤芯外推是相对折射率差Δ2％为负值的下陷包层，半径为R2，再外推是相对折射率差Δ3％为正的环形包层，半径为R3，然后是相对折射率差为Δ4％的匹配包层，半径为R4，在匹配包层外有一个为纯石英包层，其相对折射率差Δ5％为0，半径为R5；纤芯和各包层的特点在于它们的相对折射率差和各层半径满足以下关系：Δ1％＞Δ3％＞Δ5％≥Δ4％＞Δ2％，并且R5＞R4＞R3＞R2＞R1，纤芯和各包层的相对折射率差范围依次为：Δ1％处于2.9％到3.5％，Δ2％处于-0.03％到-0.15％，Δ3％处于0.04％到0.16％，Δ4％处于-0.15％到0％，Δ5％为0，纤芯和围绕其外的4个包层分层半径范围依次为：3.8到4.6微米，5.1到9.5微米，6.9到13微米，10到15微米，38到63微米。纤芯和下陷包层含有碱金属，其元素摩尔含量为0～4700ppm；纤芯和环形包层含有锗，其元素摩尔含量为0～8000ppm；下陷包层和匹配包层含有氟，其元素摩尔含量为0～6500ppm。
光电信号探测器：
PIN光电信号探测器，灵敏度-14dBm；
APD光电信号探测器，灵敏度-20dBm；
约束条件：
1、光纤传输链路的维护余量大于等于4dB
2、光纤传输链路为0至20km
优化目标：总造价在预算范围之内
优化方法：枚举法，即在由两种通信光纤和两种光电信号探测器的组合方案组中，选择满足光纤传输链路的维护余量满足约束条件且总造价最低的方案。造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
按照本方法设计的5G前传系统：包括光信号发射单元、光纤传输链路、光信号接收单元，所述光信号发射单元和光信号接收单元通过光纤传输链路传输光信号。发射功率1dBm。系统采用非等距波长扩展方案，波长为1267.5nm、1274.5nm、1287.5nm、1294.5nm、1307.5nm、1314.5nm、1327.5nm、1334.5nm、1347.5nm、1354.5nm、1367.5nm、1374.5nm，分别通过TEC调节和稳定波长，形成非等距12波彩光模块，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离15km。所述光纤传输链路采用色散管理光纤2，维护余量达到：4dB。
实施例3
5G前传系统设计需求：具有4.8nm-6.4nm的O波段波长扩展方案，可实现18/20/24波的波分系统波长安排方案：1260nm、1265nm、1270nm、1275nm、1280nm、1285nm、1290nm、1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1315nm、1320nm、1325nm、1330nm、1335nm、1340nm、1345nm、1350nm、1355nm、1360nm、1365nm、1370nm、1375nm。所使用的波长都是均匀波长间隔，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离0到20km，甚至超过20km。在光纤传输链路中，上述波段的衰减系数低于0.34dB/km。
设计方法如下：
搜索参数及搜索空间：
发射光功率：-4～7dBm
通信光纤：
非色散位移单模光纤：G.652光纤零色散点1311nm，零色散点斜率-0.086ps/km·nm2，使用长度范围0至15km，造价32元人民币；
色散管理光纤3：长飞特种光纤，零色散波长1365nm，零色散点斜率-0.065ps/km·nm2，使用长度范围15km，造价58元人民币每千米；
光电信号探测器：
PIN光电信号探测器，灵敏度-14dBm；
APD光电信号探测器，灵敏度-20dBm。
约束条件：
1、光纤传输链路的维护余量大于等于4dBm，
2、光纤传输链路为10至20km，
3、平均衰减系数小于等于具体值，
优化目标：总造价在预算范围之内，
优化方法：遗传算法，
按照本方法设计的5G前传系统：包括信号发射端、光纤传输链路和接收检测端3个功能模块。其中，信号发射端包括比特模式发生器、数模转换器、调制器、激光器、电放大器，发射功率1dBm；光纤传输链路包括光分路器、光放大器EDFA、色散管理光纤传输链路；信号接收端包括PIN光电探测器、模数转换器、数据处理器。该5G前传系统所使用的波长为1260nm、1265nm、1270nm、1275nm、1280nm、1285nm、1290nm、1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1315nm、1320nm、1325nm、1330nm、1335nm、1340nm、1345nm、1350nm、1355nm、1360nm、1365nm、1370nm、1375nm，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离15km。光纤传输链路包括光分路器、色散管理光纤传输链路。该色散管理光纤的零色散波长为1365nm，零色散点斜率-0.065ps/km·nm2，维护余量达到4dB。
本实施例在光传输链路中全部采用了色散管理光纤，降低了色散功率代价，从而在光模块中用PIN代替APD光电探测器，用无源光纤的方案解决了有源问题，降低传输链路成本，并且降低了光模块接收要求，提高光模块良率，降低了前传系统整体成本。
实施例4
5G前传系统设计需求：采用不均匀波长间隔：1270nm、1274nm、1278nm、1282nm、1286nm、1290nm、1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1330nm、1350nm。可以基于现有激光器和光模块，而且信号接收端全部采用PIN光电探测器，最大限度地降低器件成本，从而降低5G前传系统成本。AAU到DU之间传输距离0到20km，甚至超过20km。设计方法如下：
搜索参数及搜索空间：
发射光功率：-4～7dBm；
通信光纤：
非色散位移单模光纤：G.652光纤，零色散点1315nm，零色散点斜率-0.085ps/km·nm2使用长度范围15km，造价30元人民币每千米；
色散管理光纤1：长飞特种光纤，在1271nm、1291nm、1311nm、1331nm、1351nm、1371nm的色散系数分别为-6.65ps/km·nm、-5.18ps/km·nm、-3.78ps/km·nm、-2.45ps/km·nm、-1.21ps/km·nm、-0.01ps/km·nm，使用长度范围0至20km，造价45元人民币每千米；
色散管理光纤2：长飞特种光纤，在1267.5nm、1274.5nm、1287.5nm、1294.5nm、1307.5nm、1314.5nm、1327.5nm、1334.5nm、1347.5nm、1354.5nm、1367.5nm、1374.5nm波长的色散系数分别为-6.65ps/km·nm、-6.19ps/km·nm、-5.34ps/km·nm、-4.88ps/km·nm、-4.03ps/km·nm、-3.57ps/km·nm、-2.72ps/km·nm、-2.26ps/km·nm、-1.41ps/km·nm、-0.95ps/km·nm、-0.11ps/km·nm、0.36ps/km·nm，使用长度范围在0至15km，造价51元人民币每千米。
色散管理光纤3：长飞特种光纤，零色散波长1365nm，零色散点斜率-0.065ps/km·nm2，使用长度范围15km，造价58元人民币每千米。
色散管理光纤4：零色散波长1370nm，零色散点斜率-0.063ps/km·nm2，使用长度范围0至15km，造价51元人民币每千米。
以上光纤，单个熔接点损耗为0.1dB。
光电信号探测器
PIN光电信号探测器，灵敏度-14dBm、APD光电信号探测器，灵敏度-20dBm；
约束条件：
1、光纤传输链路的维护余量大于等于4dB，
2、光纤传输链路为25km，
3、平均衰减系数小于等于具体值，
优化目标：总造价最低，
优化方法：遗传算法，
优化参数：通信光纤具体种类、使用长度、光电信号探测器种类，
造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
迭代次数：1000次，交叉概率0.6，变异概率0.05。
按照本方法设计的5G前传系统：包括信号发射端、光纤传输链路和接收检测端3个功能模块。其中，信号发射端包括比特模式发生器、数模转换器、调制器、激光器、电放大器，发射光功率1dBm；光纤传输链路包括光分路器、色散管理光纤传输链路；信号接收端包括PIN光电探测器、模数转换器、数据处理器。该5G前传系统所使用的波长为1270nm、1274nm、1278nm、1282nm、1286nm、1290nm、1295nm、1300nm、1305nm、1310nm、1330nm、1350nm，在信号接收端采用PIN光电探测器，传输距离15km。光纤传输链路包括光分路器、色散管理光纤传输链路。该色散管理光纤采用色散光纤4，其零色散波长为1370nm，零色散点斜率0.063ps/km·nm2
本实施例在光传输链路中采用了9.5km色散管理光纤4与0.5km常规非色散位移光纤熔接，降低了色散功率代价，在光模块中用PIN代替APD光电探测器，用无源光纤的方案解决了有源问题，降低传输链路成本，并且降低了光模块接收要求，提高光模块良率，降低了前传系统整体成本，维护余量达到：4dB。
本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (19)
1.一种5G前传系统，其特征在于，包括信号发射端、光纤传输链路、和信号接收端；光信号由信号发射端发出，经光纤传输链路，为信号接收端接收并转换成电信号进行处理；其工作波长在1260nm到1380nm之间，优选1260nm到1375nm之间。
2.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，所述信号接收端包括光电信号探测器，所述光电信号探测器在工作波长的灵敏度达到-19.5dBm，优选达到-14dBm。
3.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，所述信号接收端包括光电信号探测器，所述光电信号探测器为PIN光电二极管。
4.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，所述光纤传输链路包括非色散位移单模光纤和/或色散管理光纤，所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-18～3.0ps/nm·km之间，优选所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-7.5～1.8ps/nm·km之间。
5.如权利要求4所述的5G前传系统，其特征在于，包括非色散位移单模光纤和色散管理光纤，所述非色散位移单模光纤和色散管理光纤的连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.2dB，优选低于0.1dB，更优选低于0.05dB，再优选低于0.03dB。
6.如权利要求4所述的5G前传系统，其特征在于，包括多段色散管理光纤，传输链路中色散管理光纤之间连接方式为熔接，且单个熔接点熔接损耗低于0.1dB，优选低于0.05dB，更优选低于0.03dB。
7.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，所述光纤传输链路长度上限为25km，优选10km。
8.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，所述信号发射端产生多个波长的光信号，所述多个波长的光信号波长间隔均匀或不均匀。
9.如权利要求1所述的5G前传系统，其特征在于，信号发射端采用多个波长的光信号，所述多个波长的光信号波长间隔在0.3nm以上，优选1.2nm以上，进一步优选4.5nm以上，更优选7nm以上，再优选13nm以上。
10.如权利要求9所述的5G前传系统，其特征在于，传输链路中心波长间隔5nm、7nm、10nm、13nm、或20nm。
11.如权利要求9所述的5G前传系统，其特征在于，信号发射端采用6个以上的波长的光信号，优选12个以上的波长的光信号，更优选18个以上的波长的光信号。
12.如权利要求1至11任意一项所述的5G前传系统的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
确定各优化参数的搜索空间，以所述系统各光纤传输链的维护余量大于等于预设阈值、光纤传输链路为预设的总长度为约束条件，以包含通信光纤造价和信号接收端光电检测器造价在内的前传系统造价为优化目标，采用优化算法，获得各优化参数的取值，并按照各优化参数的取值设计所述5G前传系统；
所述优化参数包括：通信光纤的种类数量、通信光纤的具体种类、各种类通信光纤的长度、光电信号探测器的种类、和/或光电信号探测器的灵敏度。
13.如权利要求12所述的5G前传系统的设计方法，其特征在于，前传系统造价C按照如下方法计算：
其中n为通信光纤的种类数量，fi为第i类光纤单位长度的造价，Li为第i类光纤单位长度，m为5G前传系统使用的光电信号探测器的总数量，所述pj为第j光电信号探测器的造价，Q为其他元件造价。
14.如权利要求11所述的5G前传系统的设计方法，其特征在于，所述系统各光纤传输链的维护余量M按照如下方法计算：
M＝LP-DS-FA-SL-IL-DC-OC
M为维护余量，LP激光器发射功率，DS为探测器接收灵敏度，FA为光纤衰减，SL为熔接损耗，IL为插损，DC为色散代价，OC为其他损耗。
15.如权利要求11所述的5G前传系统的设计方法，其特征在于，所述优化参数还包括维护余量预设阈值、熔接损耗。
16.如权利要求11所述的5G前传系统的设计方法，其特征在于，采用优化算法为：枚举法、或人工智能优化算法；所述人工智能优化算法优选为启发式算法或全局优化算法；所述启发式算法包括遗传算法、贪心算法、退火算法、蚁群算法、粒子群算法、人工蜂群算法、人工鱼群算法、混洗蛙跳算法、烟花算法、细菌觅食优化算法、以及萤火虫算法；所述全局优化算法包括贪婪算法、牛顿法、拟牛顿法、共轭梯度法、以及梯度下降法。
17.一种色散管理光纤的应用，其特征在于，应用于制备全采用PIN光电二极管作为光电信号探测器的5G前传系统。
18.如权利要求17所述的应用，其特征在于，所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-18～3.0ps/nm·km之间，优选所述色散管理光纤在工作波长范围内色散系数处于-7.5～1.8ps/nm·km之间。
19.如权利要求17所述的应用，其特征在于，所述5G前传系统的光纤传输链路长度上限为20km，优选10km。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011056824.2A CN112187365B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种5g前传系统及其设计方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202011056824.2A CN112187365B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种5g前传系统及其设计方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN112187365A true CN112187365A (zh) | 2021-01-05 |
| CN112187365B CN112187365B (zh) | 2023-11-24 |
Family
ID=73946775
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202011056824.2A Active CN112187365B (zh) | 2020-09-30 | 2020-09-30 | 一种5g前传系统及其设计方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN112187365B (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113361093A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-07 | 宿迁学院产业技术研究院 | 基于声子烟花算法的芒德棋盘收发装置控制方法及系统 |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104978606A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-10-14 | 国网天津市电力公司 | 基于遗传算法的配电系统网络结构优化方法 |
| CN208508952U (zh) * | 2018-05-12 | 2019-02-15 | 聊城大学 | 一种类色散渐减光纤前传系统 |
| CN109617610A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-12 | 江苏亨通光网科技有限公司 | 单波长100g光模块及5g前传网络 |
| CN209994378U (zh) * | 2019-07-24 | 2020-01-24 | 光为科技(广州)有限公司 | 光收发器、光收发组件及光通信系统 |
-
2020
- 2020-09-30 CN CN202011056824.2A patent/CN112187365B/zh active Active
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104978606A (zh) * | 2015-06-19 | 2015-10-14 | 国网天津市电力公司 | 基于遗传算法的配电系统网络结构优化方法 |
| CN208508952U (zh) * | 2018-05-12 | 2019-02-15 | 聊城大学 | 一种类色散渐减光纤前传系统 |
| CN109617610A (zh) * | 2018-11-22 | 2019-04-12 | 江苏亨通光网科技有限公司 | 单波长100g光模块及5g前传网络 |
| CN209994378U (zh) * | 2019-07-24 | 2020-01-24 | 光为科技(广州)有限公司 | 光收发器、光收发组件及光通信系统 |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN113361093A (zh) * | 2021-06-01 | 2021-09-07 | 宿迁学院产业技术研究院 | 基于声子烟花算法的芒德棋盘收发装置控制方法及系统 |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN112187365B (zh) | 2023-11-24 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US6859597B2 (en) | Index-guiding microstructured optical fibers | |
| Miki et al. | Viabilities of the wavelength-division-multiplexing transmission system over an optical fiber cable | |
| US11099321B2 (en) | Optical fibers for single mode and few mode VCSEL-based optical fiber transmission systems | |
| KR101957612B1 (ko) | 저소모 소량 모드 광섬유 | |
| Li | MMF for high data rate and short length applications | |
| WO2006083938A2 (en) | Fiber stub for cladding mode coupling reduction | |
| US20120219301A1 (en) | Low-loss, low-latency, hollow core fiber communication system | |
| CN102710334A (zh) | 用于长距离传输的40g cfp光模块 | |
| CN111474626A (zh) | 一种多芯光纤 | |
| CN102200610B (zh) | 适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤 | |
| CN112187365B (zh) | 一种5g前传系统及其设计方法 | |
| Ibrahim et al. | Designing a top as based suspended square core low loss single-mode photonic crystal fiber optics communications | |
| US8346041B2 (en) | Optical communications system | |
| Matsui et al. | Zero-dispersion wavelength optimized single-mode multi-core fiber for high-speed gigabit Ethernet | |
| Sim et al. | Transmission of 10-Gb/s and 40-Gb/s signals over 3.7 km of multimode fiber using mode-field matched center launching technique | |
| Herve et al. | Optical Technologies for Enterprise Networks. | |
| Lora et al. | Review of SDM/WDM technology and its application in data transmission | |
| CN202171655U (zh) | 适用于超高速长距离密集波分复用的色散优化单模光纤 | |
| JP2001119353A (ja) | 通信システムにおけるモード結合光ファイバの使用 | |
| Li et al. | Design and Field Trial of a Novel Dispersion Optimized Optical Fiber for 5G Front-haul Network | |
| Lim et al. | A novel low-cost fiber in-line-type bidirectional optical subassembly | |
| Loch Jr | Plastic optical fibers: properties and practical applications | |
| US20210247564A1 (en) | Low loss and low dispersion optical fiber for data center optical communication | |
| Liu et al. | Graded-index seven-core fiber optimized for high density and ultra-wideband parallel transmission application | |
| KR100672010B1 (ko) | 광섬유와 이를 이용한 광가입자망, 구내 정보 통신망 및통신용 광부품 |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |