OMSP保護在40G WDM干線系統中的應用

王 鵬，謝 歆，呂朝煬 （.中訊郵電咨詢設計院有限公司，鄭州 450007；.中國移動通信集團河南有限公司，河南 鄭州450008）

0 前言

近年來，IP數據及3G移動業務發展迅猛，作為基礎傳輸平臺，長途傳輸網的質量對業務信號的指標影響非常大，需要不斷采用新技術，對網絡進行合理的配置，才能滿足用戶的高質量服務需求。隨著40G WDM技術和路由器技術的成熟和在國內開始的規模應用，中國聯通建設了一定規模的40G WDM鏈路，同時在2009年建設的南京－濟南－青島－上海工程中引入了光復用段保護（OMSP）。

本文重點介紹了OMSP在現網中的實際應用案例，同時結合40G WDM設備技術測試、現網光纜光纖特性等對40G WDM網絡中保護方案的設計提出了建議。

1 40G WDM系統技術分析

40G WDM系統與10G WDM系統的區別不僅僅是單信道速率變成了4倍，更重要的是信號頻譜帶寬的展寬，對光信噪比（OSNR）要求的提高，以及傳輸損傷容限的降低，因此在技術上提出了更高的要求，與10G WDM技術相比，40G WDM系統OSNR劣化4倍（6 dB）左右，色度色散容限從1 600降低到100左右，偏振模色散（PMD）容限平均值從10降低到2.5左右。40G WDM系統必須妥善解決電域高速信號處理、CD/PMD色散受限、系統OSNR的余量保證等問題，以及必須克服的光纖非線性效應。

40G WDM系統碼型調制技術目前主要以部分差分相移鍵控（P-DPSK）、歸零差分正交相移鍵控（RZ-DQPSK）2種調制技術為主，在中短距離傳輸系統中也有部分采用光雙二進制（ODB）編碼調制方式。偏振復用相移鍵控等新的編碼調制方式以其色散和偏振模色散大的優勢也逐步開始有所應用。

由于40G WDM技術對線路的參數要求非常嚴格，因而40G WDM系統中的色散管理就顯得尤為重要，主要體現在以下幾個方面。

a）傳統的色散補償模塊，要求更為精細地進行色散補償模塊的規劃。

b）新的基于光柵的全波段色散補償模塊，光纖的長度更短，插入損耗更小，補償斜率更好。

c）基于光柵的單波電可調色散補償模塊，可以實現約±500 ps的色散補償，并能夠通過反饋測算的方式，動態調制色散補償的大小。

d）通過編碼方式的優化，降低傳送信號的波特率和信號檢測的方式，從而提高信號的色散容限。

40G WDM技術對線路的參數要求非常嚴格，DPSK碼型和RZ-DQPSK碼型對線路偏振模色散的容限最大只有6和18 ps，平均值只有2和6 ps，因此系統設計時，要嚴格控制線路的偏振模色散，盡量選擇PMD性能指標好的光纜；RZ-DQPSK碼型的PMD容限相對較大，在一定范圍內可以應用于PMD性能較差的老光纜。

目前40G WDM OTU的色散容限比較小 （100 ps/nm以內），通常在OTU線路側接口增加電可調色散補償器件，使系統的色散容限達到500 ps/nm左右，±500 ps/nm的色散容限可以保證系統規劃、設計、應用有較大的靈活性。但這種單波可調電色散補償技術在色散調整范圍較大的情況下，調整時間比較長，可達到幾min。

2 光網絡保護方式技術分析

按照光傳送網（OTN）的結構分層，WDM網絡在光層可以細分為光通道層（OCh）、光復用段層（OMS）和光傳輸段層（OTS）3個層次。

根據采用的網絡拓撲結構、所保護的網絡結構層面等，WDM系統的自動保護方式有多種類型。

a）根據WDM系統網絡拓撲結構的不同，可以分為線性保護、環網保護和網狀網保護。

b）根據保護結構的不同，可以分為路徑保護和子網連接保護。路徑保護是一種端到端的保護機制，可分為光通道保護（OCHP）和OMSP。

c）根據對保護資源的占用情況不同，可分為專用保護和共享保護。專用保護的保護資源由工作業務獨占；共享保護的保護資源在正常工作狀態下可傳送低等級的額外業務。

現網中IP業務主要采用WDM系統傳送，傳輸網提供保護的方案主要在WDM系統上實施，可實施的光層面的保護技術主要有光傳輸段保護（OLP）、OMSP和OCHP。

OLP是基于WDM系統的線路保護，分為基于光放段的線路保護和基于光復用段的線路保護2種。OLP要求運營商提供不同路由的光纖對WDM的線路進行保護，一般采用1+1保護。OLP引入后，對基于光放段的保護情況介入了一定的信號衰減，有可能對系統的自動均衡產生影響，另外這種方式的保護對于主備用兩路信號傳輸的時延和色散差值均較為敏感，對主備用光纜的長度、衰耗和色散指標要求較為苛刻，尤其是對40G WDM系統，一方面對線路參數的變化非常敏感，同時40G WDM系統的光復用段距離本就比較短，OLP增加了線路的衰耗，會造成大量增加電再生站，增加工程投資，因此不推薦在實際工程應用。OLP結構見圖1。

圖1 OLP結構

OMSP要求提供不同路由的光纖對WDM的線路進行保護，在光路上對合路信號進行1+1或1∶1保護，光纜和WDM的線路系統是備份的，分走不同的路由，系統終端等其他設備沒有備份，成本比OCHP低。OMSP采用同一廠商的WDM設備，在2條線路上建設2套系統平臺，系統實現相對比較簡單，引入的信號衰減較少，對原有系統影響比OLP小，對主備用光纜的長度、衰耗和色散差值要求不高。OMSP結構見圖2。

圖2 OMSP結構

OCHP是基于單個波長保護，可以在光通道層實施1+1或1∶N的保護。其典型應用是在傳統的WDM設備上增加OCHP倒換機盤，將客戶側信號輸入到不同WDM系統的OTU中，通過并發選收的方式實現對客戶側信號的保護。OCHP倒換準則比較完善，且一般應用在OTU和客戶設備之間，僅僅在支路側引入衰減，不會對整個系統產生影響，因此，OCHP可以在一些特定的場合得到應用，如在故障多發區利用其他光纜路由上的WDM系統實施OCHP，增加網絡的可靠性。采用OCHP需要更多的波道需求，且為專用保護波道，靈活性差，因此，OCHP技術只適合部分特殊需求的情況，不適合全網范圍的應用。OCHP結構見圖3。

3 OMSP在40G WDM系統中的應用

2010年中國聯通建設了南京－濟南－青島－上海40G WDM系統，并在濟南－青島段首次引入了OMSP。

圖3 OCHP結構

寧濟青滬40G WDM工程采用華為公司的OptiX BWS 1600G設備，采用eDQPSK編碼方式、AFEC/FEC技術，精細色散管理，OTU的色散容限為±500 ps/nm。其中濟南－青島復用段主備用路由分別選用2條不同路由的G.655光纜，采用OMSP。網絡結構配置如圖4所示，根據光纖實測結果及DCM模塊引入的PMD，主用路由再生段DGD為2.021 ps，備用路由為1.93 ps。主備用路由采用G.655色散補償模塊，補償后的殘余色散允許范圍為±500 ps/nm，系統的保護倒換時間為s級，但是如果在工程中經過對主備路由進行精確補償，將主備路由的殘余色散差控制在±100 ps/nm內，可以保證倒換時間在50 ms以內。工程實際配置后的主備用路由的殘余色散詳見表1。

圖4 濟南－青島OMSP網絡配置

表1 濟南－青島主備用路由殘余色散表

基于上述工程配置，在工程廠驗測試時，通過拔纖及光功率越限等，均能完成主備用路由的自動倒換，測試結果如表3所示。

在工程實際開通，現場驗收測試時，根據光纜線路實際色散情況，通過調整色補模塊，使主備通道色散均達到最佳狀態，線路工作在主用及備用通道時各波糾前誤碼率均低于-10，現場利用40G儀表進行倒換測試，各波倒換時間均小于50 ms；具體測試結果如表4所示。

表3 OMSP倒換工廠檢驗測試結果

4 對40G WDM網絡中保護方案的建議

基于上述對各種保護技術的分析，在長途WDM傳輸系統中，OLP和OMSP方案最為經濟，也比較常用。OLP涉及多個光放段，在大量采用OLP的情況下，OLP倒換的段落數量、主備用線路差異等都會對保護倒換效果造成較大影響。不同段落保護倒換時的線路參數差異較大，倒換后線路上色散的差異造成OTU需要一定時間進行色散動態補償調整，倒換時間達到min級，多段落故障下的倒換性能難以保證，另外配置OLP會在線路上帶來額外的插入損耗，不利于長距離干線傳輸。由于40G系統對色散的要求非常高，對線路的變化非常敏感，因此在40G WDM網絡中應優先選用OMSP，但由于OMSP主備用路由的光纜長度和光纖類型往往不一致，主備用路由的殘余色散也會有較大的變化，雖然40G WDM中OTU內置的電可調色散補償器件能夠容忍500 ps/nm的殘余色散，但該器件在電域對色散進行補償，動作速度較慢，在色散調整范圍較大的情況下，調整時間比較長，造成倒換時間長達幾min。

表4 OMSP倒換現場驗收測試結果

根據OMSP在40G WDM工程中的實際應用，建議在進行40G WDM OMSP系統設計時，應注意對主備用路由的色散補償進行優化，使主備用路由的殘余色散差異盡量控制在60~100 ps/nm，從而縮短系統的保護倒換時間。在工程實施后期的光纜割接及改造等操作中，不但要關注衰耗的變化，還要嚴格關注色散的變化。

5 結束語

近2年來，40G WDM系統已經開始規模應用，運營商應根據現網光纜的實際情況，結合40G WDM系統的技術特點和相關測試結果，針對不同的業務采用不同的保護方式，達到既要為運營商提升網絡安全性，又要降低網絡建設成本的目的。

［1］YD/T 1991-2009 N×40 Gbit/s光波分復用（WDM）系統技術要求［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/showyd-3378-1.htm.

［2］中國通信標準化協會.N×40 Gbit/s光波分復用（WDM）系統測試方法（報批稿）［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ccsa.org.cn/publish/download_bp.php?stdtype=yd1&sno=120.

［3］YD/T 1617.1-2007智能化光保護系統第1部分：光線路保護系統［S/OL］. ［2011-02-26］.http://17bzw.cn/standard/HYBZ/YD/200809/56438.htm.

［4］ITU-T G.808.1 Generic protection switching-Linear trail and subnetwork protection［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.itu.int/itudoc/itu-t/aap/sg15aap/history/g.808.1/g8081.html.