單模光纖色散和中短通信距離要求

802.3中對單模色散的要求

隨著傳輸速度的提升，在10G以上，截至目前被批準(zhǔn)的802.3的中短距離傳輸全部采用了的O-band的波長，特別是1310nm作為中心波長。

波長全范圍為1260nm~1360nm。在實際802.3各個PMD中采用的波長不一，但均在該O-Band范圍之內(nèi)。

其對光纖的要求基本上對標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)的G652光纖。

比如400GBASE-FR4，規(guī)定的光纖要求，均符合G652光纖的情況。

根據(jù)零色散波長范圍和最大色散斜率，可以繪制出其色散系數(shù)的范圍，對于O-band范圍內(nèi)，其色散系數(shù)(ps/nm*km)位于藍(lán)色和紅色曲線的范圍之內(nèi)。

中移動的前面的前傳MWDM方案則突破了這個波長范圍。則原則上，標(biāo)準(zhǔn)光纖就不能完全滿足該方案要求。

對于每個PMD，則根據(jù)其采用的波長和支持的通信長度，確定各個PMD的最大色散。

比如400GBASE-FR4和400GBASE-LR4-6，采用四個波長：

其正負(fù)色散范圍隨著支持的通信距離為

對于最長的6公里長度，則最大正色散為19.8ps/nm，負(fù)色散為35.2ps/nm。

對于400GBASE-DR4，采用4路并行光纖，中心波長為1310nm，其色散范圍則非常小，在0.8ps/nm~-0.93ps/nm范圍之內(nèi)。

對于400GBASE-FR8/LR8/ER8 PMD，由于其最大距離達到40km，其正負(fù)色散擴展到37~-201ps/nm范圍。

可以看到，各個單模PMD方案中，色散并不是一個限制問題，光纖的損耗對于性能更重要。但是對于MWDM方案，光纖的色散則成為一個問題，需要對特別是正色散進行處理。有的在標(biāo)準(zhǔn)光纖的基礎(chǔ)上將色散曲線進行平坦化處理，但是這樣處理后，其模場直徑可能不能很好的兼容標(biāo)準(zhǔn)光纖。

光纖的色散問題

色散本身是一個群速度問題，在光纖中的頻率或者波長范圍各個頻率之間總會存在時延問題。

光速等于角頻率和傳播常數(shù)的比值

傳播常數(shù)是貫穿整個光波導(dǎo)的最重要的參量，如果看出一個矢量，它就是沿著光纖縱向的波矢，如果看出一個標(biāo)量，則為和等效折射率對應(yīng)的波數(shù)。

則群速度

色散系數(shù)則為

同一個波長，光纖材料和結(jié)構(gòu)不同，對應(yīng)不同的傳播常數(shù)，則帶來不同的色散系數(shù)。

傳播常數(shù)可以以中心頻譜用泰勒級數(shù)展開

其中

這里的一階傳播常數(shù)就是群時延。二階傳播常數(shù)則為群速度色散。

啁啾帶來的增益

對于某些內(nèi)部調(diào)制的發(fā)射器來說，其內(nèi)含的啁啾特性在一定的通信距離內(nèi)則能均衡光纖的負(fù)色散。

對于啁啾系數(shù)為C，初始脈沖寬度和傳播Z距離后的脈沖寬度之比為

對于啁啾系數(shù)為正值的情況下（脈沖信號在時間上的尾部應(yīng)該為藍(lán)移），可以看到其脈沖則被壓縮，這樣，在這個范圍之內(nèi)，很容易預(yù)測，隨著通信距離的增加，反而出現(xiàn)增益的情況。

很多公開的文獻中進行了實驗， 比如下面的一個非常典型的實驗結(jié)果

可以看到其誤碼率，相對于背靠背的情況，同樣的接受功率，10公里的誤碼率反而進行了增強，15公里的誤碼率則進一步進行了增強。而同樣的誤碼率，則更遠(yuǎn)的距離帶來了更多的增益。這些均為脈沖被壓縮的結(jié)果。

在這個情況下，光纖的負(fù)色散不是問題，正色散如果不能滿足要求，則需要進行優(yōu)化。