高速率波分系統應急調度問題淺析

袁志明

（中國電信股份有限公司惠州分公司 惠州516003）

1 引言

當前各大電信運營商均建設了大量的密集波分復用（DWDM）系統，以滿足日益發展的用戶帶寬需求。作為長途干線的承載網絡，其單波道的速率由最初的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s，到現在的單波道40 Gbit/s，未來會繼續向100 Gbit/s的方向演進。高速率、高集成、大容量的DWDM系統在充分滿足運營商業務開放需求和提高運營商競爭力的同時，也給系統的維護部門提出了極大的挑戰。然而各種基礎設施建設及人為的破壞無一例外地對光纜線路造成了嚴重的威脅，而在光纜中斷后如何利用其他路由的光纜對無保護的高速率波分系統進行有效調度，也成為運營商維護部門需要探討的課題。

2 光纖通信的幾個關鍵技術

2.1 損耗

在設計光纖通信系統時，一個重要的考慮是沿光纖傳輸的光信號的損耗，它是線路上決定中繼距離長短的主要因素。損耗量的大小通常用α表示，單位是dB/km。其定義為：

其中，L為以km為單位的光纖長度，Pi為輸入光纖的光功率，Po為輸出光纖的光功率。

2.2 色散

光脈沖中的不同頻率或模式在光纖中的傳輸速度不同，因而這些頻率成分和模式到達光纖終端有先有后，使得光脈沖發生展寬，這就是光纖色散。色散一般用時延差表示，所謂時延差，是指不同頻率的信號成分傳輸同樣的距離所需要的時間之差。色散引起的脈沖展寬如圖1所示。

圖1 色散引起的脈沖展寬示意

2.3 回損

回損（return loss，RL）定義為反射波與入射波幅值（能量）的比值，一般以dB形式表示。

其中，Pr為反射功率，Pi為輸入功率（總功率）。

2.4 非線性效應

從本質上講，所有介質都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現出來。當光纖的入纖功率不大時，光纖呈現線性特征，當光放大器和高功率激光器在光纖通信系統中使用后，光纖的非線性特征愈來愈顯著。原因是在單模光纖的光信號被約束的模場內，單模光纖的有效面積非常小（如G.652光纖的有效面積大約為80μm2），因而光功率密度非常高，低損耗又使得高光功率可以維持很長的距離。

3 高速率波分系統應急調度中存在的幾個問題

早期DWDM系統大多開通單波道為2.5 Gbit/s的密集波分系統，但隨著大帶寬需求的增加，現在均開通了單波道10 Gbit/s甚至是40 Gbit/s密集波分系統。對于10 Gbit/s以下速率的波分系統，由于其色散容限、PMD（偏振模色散）容限較大、非線性效應不明顯，因此在10 Gbit/s以下速率的波分系統中，進行光纖調度比較容易實現。但隨著新一代高速率特別是N×40 Gbit/s DWDM系統的大規模建設，40 Gbit/s波分對光纖傳輸提出了更加嚴格的要求，在同等條件下，40 Gbit/s比10 Gbit/s波分的PMD劣化4倍，OSNR（信噪比）劣化4倍（6 dB）；色散容限降低16倍；非線性效應變得更加明顯，顯然更高速率的系統對衰耗和色散的控制要求非常精確，對光纜線路的要求更高，對割接調度的要求更嚴格。

下面就干線應急調度中經常遇到的幾種問題展開討論。

3.1 同纜調度

當光纜的部分纖芯中斷造成高速率波分系統中斷時，優先考慮將高速率波分系統調到同纜的正常纖芯上，調度后系統的功率、色散等幾乎沒有發生改變，這種調度方式最簡單，成功率也最高。但要綜合考慮后續光纜是否還有風險，后續長線割接光纜還需要中斷等因素，否則即使調度成功也會出現重復調度問題，造成業務重復中斷的影響。同纜調度要求調度雙方必須操作規范，確保調度纖、法瑯頭等質量，同時做好每步操作的尾纖清潔工作，否則也會造成調度不成功，同纜調度主要考慮的是光功率、回損值是否正常。

3.2 同性質的異纜調度

如整條光纜發生中斷，為快速搶通業務，優先采用同性質的光纜調度（即由G.655光纜調至其他G.655光纜）。這種調度方式相對簡單，調度的成功率也相對較高。但需要考慮調度距離問題，由于是同性質光纜，每公里的色散是不變的，但如果調度的光纜比原有光纜長度增加太多，則會造成衰耗和色散值的增加，特別是N×40 Gbit/s波分對光纜的要求更高，如果考慮不全則會造成調度不成功。此種情況下，如果調度的是N×10 Gbit/s及以下的波分，則主要考慮衰耗問題；而N×40 Gbit/s波分調度則需要綜合考慮色散和衰耗問題。當然這些都在雙方調度規范及調度器件正常的條件下進行。

3.3 不同性質的異纜調度

如整條光纜中斷，在無同性質的光纜調度的情況下，為快速搶通業務，可能會采用異纜調度方式。這種調度方式在操作上與前面兩種沒有太大的區別，但其調度的成功率最小，特別是N×40 Gbit/s波分，因為波分系統速率越高，對光纜的衰耗和色散要求也越高，對光纜的參數變化也越敏感。所以，不同性質的異纜調度對于N×40 Gbit/s波分的調度成功率很低。除調度時操作規范因素外，采用的是不同性質的異纜調度，光纜的損耗、色散均發生了很大的變化，特別是色散，最有可能引起調度不成功。

3.4 其他不成功調度案例

除了要考慮調度的路由，綜合調度的色散、衰耗、非線性效應、回損等因素外。對于高速率波分系統，考慮到對人體的安全性，光放大器大多有自動功率關斷功能，只有系統在探測到光路正常后，放大器才會發出正常的光。如光纜發生中斷，兩端調度不一致或輪番斷開線路纖芯測試、判斷等，導致系統判斷線路一直處于中斷狀態，這樣極有可能造成調度不成功。還有，由于高速率DWDM波分的光放輸出光功率很強，有些達到+25 dBm，如果直接進行調度，則調度尾纖極容易被燒壞，造成調度不成功，出現二次故障。

4 高速率波分系統應急調度問題的解決辦法

在第4節中，分析了幾種調度不成功的因素。針對這些情況，結合系統的各種性能，對高速率波分系統的應急調度中存在的問題，提出如下的解決辦法。

4.1 同纜調度

在同纜的調度中，最有可能引起調度不成功的是操作不規范，從而引起光功率或回損值不正常。

（1）光功率偏低的解決辦法

·利用光源、光功率計等儀表，判斷調度兩端的尾纖及法瑯頭是否良好。

·對調度時操作過的光接頭進行清潔。

·在確定全程的光纜損耗正常的情況下，利用網管定位機盤是否出現故障。

（2）回損值偏小的定位及解決辦法

·將光放大器的輸出端口的光纖繞成15 mm大小的圈（4圈），檢查放大器的反射光功率大小，如反射值仍然過大，將該放大器關閉，將光纖與放大器斷開，對該光接頭進行檢查、清潔。再將尾纖連接好，將光放器打開，再對該光放大器的反射功率進行檢查。

·對設備的輸出端口堵上終端器，將光放大器設置為強發光，利用網管查看回損值，若回損值正常，則故障點不在光放大盤上；若回損值不正常，則故障點在光放大盤上（包括機盤故障、光口臟、連接器臟、盤內的尾纖問題等）。當然這種方法也可定位光纖連接點的故障。

表1 常用G.652、G.655纖芯性能對比

4.2 同性質的異纜調度

對于同性質的異纜調度，如發生光功率及回損值等不正常，除采用上面的辦法外，還需考慮同性質的異纜長度變化導致損耗過大或變小造成的功率偏低或過載問題，具體處理方案如下。

（1）比原路由長的情況

調度后會導致全程光路的衰耗變大，從而造成光功率低，解決的方法是檢查系統中有無損耗器，如有衰耗器則去除，以提高系統總光功率。其次是考慮有無更短距離的同性質的光路進行調度。

假如系統輸出功率為+10 dBm，對方接收輸入范圍是-10～-28 dBm，全程光纜長度為100 km，全程損耗為32 dB（含接頭損耗2 dB，纖芯損耗按0.3 dB/km計算），正常情況下B端收光功率為-22 dBm，如采用了同性質（G.655）的異纜調度，調度路由比原路由長了25 km，則A至B段的調度路由總損耗為39.5 dB（含接頭損耗2 dB），則B端的收端功率約為-29.5 dBm，此值已超過B端接收范圍，將會造成系統調度成功。

注：此調度雖增加了25 km，如是G.655光纜，色散值增加了25 km×6 ps/nm·km=150 ps/nm，一般波分系統在工程設建設時對色散進行了全補償，加上單波的OUT也有較大的色散容限（單波道10 Gbit/s的OTU的色散容限一般都為800 ps/nm，單波道40 Gbit/s的OTU的色散容限一般都為400 ps/nm）。故增加的色散值在OUT的容限范圍內，對系統沒太大的影響。常用G.652、G.655纖芯的各種性能對比見表1。

（2）比原路由短的情況

調度后會導致全程光路的衰耗變小，從而造成光功率偏高，造成系統過載。解決方法是根據實際情況在系統的收端加上相應的衰耗器，確保收光功率在光盤的接收范圍之內。

對照組行常規外科手術治療：根據患者損傷程度選擇適宜的手術方案，將患者腹腔打開后吸收內部液體，仔細探查腹腔組織器官，待處理好受損的臟器后，對腹腔進行沖洗，結束手術；術后于外科ICU中心實施常規復蘇干預。

4.3 不同性質的異纜調度

如整條光纜發生中斷，在無同性質的光纜調度的情況下，為快速搶通業務，可能會采用異纜調度的方式。這種調度除4.1節、4.2節提到的處理辦法外，重點考慮色散因素。如果調度后增加的色散值在OTU的色散容限之內，理論上可調度成功。

G.652光纜在1 550 nm工作窗口上的色散系數為17～20 ps/nm·km，G.655光纜在1 550 nm工作窗口上的色散系數為0.1～6 ps/nm·km，如調度距離為100 km，假如系統在G.655光纜上對色散采用了全補償方式（即補償了6 ps/nm·km×100 km=600 ps/nm，補償為負補償），如從G.655光纜調度到G.652光纜時，其色散值增大了（17 ps/nm·km-6 ps/nm·km)×100 km=1 100 ps/nm。這個值已超出了OTU的色散容限范圍，造成系統調度不成功。這種情況下，常用的解決方法如下。單波道10 Gbit/s的OTU的色散容限一般都為800 ps/nm，單波道40 Gbit/s的OTU的色散容限一般都為500 ps/nm。

（1）更換兩端的色散補償模塊

計算調度路由的總色散值，根據色散全補原則，更換系統兩端的色散補償模塊。計算方法：全程總色散=光纜的長度×纖芯每公里的色散。

（2）采用分段調度的方式，減少色散值對系統的影響

根據調度的光纜路由，采用分段調度的方式，盡可能減少全程色散值的變化。如一個單波道10 Gbit/s系統，其OTU的色散容限是800 ps/nm，采用了色散全補償的方式，全程是G.655光纜，A端至C端100 km，其中A端至B端40 km，B端至C端共60 km，B端為跳纖點。備用路由是A端至B端及B端至C端均是G.652光纜，如圖2所示。

圖2 異纜調度示意

因B點是跳纖點，一般情況下無人維護，如果光纜在A至B端發生中斷，假如維護采用全程A至C段用G.652光纜進行調度（C點之前已連接好），前面分析過其光纜的色散超出了系統的色散容限，會造成調度不成功。如安排人 員 到 達B點，A至B段 采 用G.652光 纜，B至C段 用 原來G.655光纜，調度后色散值均增加了40 km×（17-6）ps/nm·km=440 ps/nm，增加的色散值在OUT的容限之內。因此這種分段調度方式理論上能成功。

注：針對N×40 Gbit/s波分的實際情況，不建議對該速率的波分系統進行不同性質的異纜調度。

4.4 其他不成功調度案例

要解決因調度不一致而引發的調度不成功或調度時間過長問題，在進行業務調度時，需聽從業務領導局的指揮，做到調度操作一致，同時需依靠網管進行業務確認，以盡量減少調度不一致而造成的調度不成功或調度時間過長問題。針對高光會燒壞尾纖的問題，調度前要求網管將激光器關閉或降低發光功率，待兩邊調度完成后再將光放激光器打開，這樣就能有效避免高光對尾纖的損壞，也能避免瞬間高光產生的非線性效應。

5 結束語

目前各大運營商均建設了大量的高速率DWDM系統，因投資及光纜資源等因素，不可能全部系統在各個光復用段或光再生段上形成光開關保護的模式，當光纜發生故障時，還需靠維護人員進行人工調度以搶通業務。如果不了解系統及不同性質的光纜特點，盲目進行調度，小則調度時間變長，大則會因光功率過高引起機盤出現故障。因此在調度過程中，應根據調度路由的光纜性質、距離等因素，考慮系統的回損、功率、色散等關鍵性能，正確對調度后產生的告警進行分析，相信通過這些手段，高速率波分系統調度的成功率應有極大的提高。本文結合理論知識，講述了高速率波分復用系統在調度過程中引發的各種問題及解決的方法，希望對今后的維護調度有一定的指導作用。由于筆者理論知識和經驗有限，對本課題的分析難免有疏忽和不足之處，希望在以后的工作中繼續努力學習和補充。

1 高煒烈，張金菊.光纖通信.北京:人民郵電出版社,1993

2 紀越峰.現代光纖通信技術.北京:人民郵電出版社,1997