鐵路通信骨干傳輸網京滬穗、東南環改造工程建設經驗總結及關鍵技術指標研究

胡 新

鐵路通信骨干傳輸網京滬穗、東南環改造工程是落實鐵路總公司 《十二五鐵路通信網規劃》首次進行的鐵路通信骨干傳輸網1／4號環建設項目。新建骨干傳輸網1／4號以京廣客專、京九鐵路、京滬高鐵及沿海通道為三條縱向，鄭徐客專、滬漢蓉通道、杭長客專、向蒲鐵路、贛龍線及龍廈線為五條橫向，形成“三縱五橫”的組網結構，涉及鐵路總公司和北京、鄭州、武漢、濟南、上海、南昌、廣鐵 （集團）等7個鐵路局，覆蓋我國華北、華中、華東和華南經濟最發達地區的鐵路干線。網絡采用光傳送網 （OTN）和同步數字系列 （SDH）技術體制，其中光傳送網 （OTN）采用40波系統，按單波10Gb／s和單波100Gb／s混合組網，同步數字系列 （SDH）采用多業務傳送平臺 （MSTP）技術，利用光傳送網 （OTN）波道組建多個四纖雙向復用段保護環。網絡節點設置在總公司、鐵路局、鐵路樞紐等重要節點，為總公司至鐵路局、各鐵路局間提供業務承載，為鐵路匯聚／局干傳輸系統提供上層保護通道。

1 工程建設主要經驗

為適應骨干通信網全程全網的技術特性，滿足骨干通信網統一管理的基礎要求，京滬穗、東南環改造工程按照 “統一方案、統一標準、統一制式、統一實施”原則，采用總公司統一組織，相關鐵路局共同實施的建設模式。建設流程分為設計、采購、施工三個主要階段，包含可研及初設、技術規格書編制、主設備及附屬配套設備采購、到貨組織、設計聯絡、首站定標、施工組織、工程調試、質量測試、驗收組織等11項內容。

設計階段主要完成可研方案和初步設計方案的編制和論證，重點確定總體技術方案，明確建設總體范圍。采購階段主要任務是做好主設備技術規格書編制，按采購流程依法合規實施主設備及附屬配套設備采購工作。施工階段是工程的實戰階段，主要任務是安全、規范、有序地完成到貨組織、設計聯絡、首站定標、施工組織、工程調試、質量測試、驗收組織、試運行等各項工作，確保工程按期保質完成。

在工程建設過程中，重點做好了強化組織領導、統一方案標準、詳細技術論證、精細過程控制、嚴把驗收測試等幾方面工作。

1．總公司統籌組織，各鐵路局密切協同，同步可研、同步設計、聯合采購、同步實施，是確保項目總體階段按期保質完成的基礎。

2．由承擔總公司節點的建設單位、設計單位作為技術標準、組網方案的總牽頭，聯系和協調其他參建單位，統一全網組網方案、系統技術制式，協調確定局間、網間接口技術要求，統一技術規格。這是實現骨干傳輸網全程全網技術、管理要求的有效方式。

3．周密組織技術研究論證。針對工程首次采用的單波100Gb／s光傳送網 （OTN）技術，在前期可研設計階段組織科研院所搭建測試平臺，研究、論證國內各主流廠家設備的主要功能特性和技術指標，為完善、優化設計方案提供了重要技術支撐。

4．各單位電務管理部門在施工階段主動上手，充分發揮專業技術優勢，組織、協調、指導相關部門和單位全程把控過程管理，確保到貨、安裝、調試、測試、驗收各環節有序推進，按期完成。

5．嚴把驗收測試結果。在工程質量測試階段，統籌組織測試工作，詳細研究、制定測試方法和方案，嚴格把控測試指標，確保系統各項質量指標符合要求。

2 關鍵技術指標研究

光傳送網 （OTN）是整個系統的基礎，也是工程建設調試過程中的工作重點和技術難點。關鍵技術指標如下。

2．1 光信噪比 （OSNR）

光信噪比 （OSNR）是衡量光傳送系統質量的核心指標，用于檢驗被測點光信號功率和噪聲功率的比值，直接反應信號的質量。

2．1．1 測試參考點選擇

光傳送網 （OTN）系統參考點如圖1所示。

測試參考點1，即MPI－SM點是發送端光傳送網 （OTN）設備經光放大器增益后進入光纜線路的節點，該點測試所得的OSNR用于檢驗單機設備發送端光信號質量。

測試參考點2，即 MPI－RM點是經光纜線路、光接口板 （如有）、OLP保護裝置 （如有）等進入接收端光傳送網 （OTN）設備放大器之前的節點，該點測試所得OSNR用于檢測接收端信號質量。

測試參考點3，是在測試參考點2之后經各級光放大器、色散補償 （如有）進入分波器之前的節點，該點測試所得OSNR用于更全面的檢測接收端信號質量。

在工程建設調試及驗收測試中，可對測試參考點1進行抽測檢驗，應對測試參考點2、測試參考點3進行重點檢驗，并優先選擇測試參考點3作為工程建設調試及驗收測試的參考測試點。

圖1 光傳送網 （OTN）系統參考點

2．1．2 接收端OSNR測試指標

接收端OSNR測試指標應按照單波10Gb／s系統和單波100Gb／s系統分別給定。

單波10Gb／s系統OSNR指標，應按照 《波分復用 （WDM）光纖傳輸系統工程設計規范》（YD／T 5092），根據系統的光傳送段設計模型選定；或按照系統接收機光性噪比容限加上5dB OSNR系統代價和余量進行給定。以3×33dB模型為例，信噪比指標為20dB，同時根據接收機信噪比容限計算信噪比指標為16．5dB，兩者取高值20dB作為系統質量指標。

單波100Gb／s系統應根據 《N×100Gb／s光波分復用 （WDM）系統技術要求》 （YD／T 2485），采用相似方法給定。在京滬穗、東南環改造工程中，取18．5dB作為系統質量指標。 （注：隨著糾錯和判決技術的發展，單波100Gb／s系統接收端信噪比容限進一步降低，因此接收端信噪比指標要求可進一步降低，業界正在進行有關研究論證。）

2．2 光線路保護技術 （OLP）

光線路保護技術 （OLP）是在發送端將發送信號經放大器放大后，通過分光單元等分成2路送入不同的2根光纖線路傳送，在接收端同時接收2路信號，并優選光功率質量較好的一路，以提高系統可靠性，避免光纜單路中斷對系統正常運行造成影響，系統原理如圖2所示。其主要技術指標包括自動切換時間和自動倒換門限。

圖2 OLP系統原理圖

2．2．1 自動切換時間

自動切換時間是從OLP裝置監測到光纖線路出現故障導致信號異常開始，到經光纖線路自動切換系統實現切換后信號恢復正常的時間。根據《光纖線路自動切換保護裝置技術條件》 （YD／T1529），雙發選收工作模式下自動切換時間應＜25ms。在實際工程測試中，單獨對端到端光線路倒換進行測試難以搭建測試環境，因此采用從兩端客戶側引入測試信號，通過客戶側端到端業務受損時間，來反映OLP自動切換時間，業務受損時間應＜50ms。

2．2．2 自動倒換門限

通常情況下，當OLP檢測到工作光纖光信號丟失，會立即啟動倒換。自動倒換門限是指OLP裝置監測到主用光纖線路收光功率發生劣化，啟動切換或觸發告警的門限，此時工作光纖信號并未完全丟失，而是性能指標已劣于保護光纖。在工程調試及運行維護中應在確保系統正常運行的基礎上，盡量控制切換發生概率，降低切換過程對業務影響。因此切換門限的設置應根據接收機接收靈敏度、工作光纖、保護光纖工程調試值綜合確定。首先門限值不應低于接收機靈敏度并宜預留2～3dB余量，其次工程中工作光纖、保護光纖光功率應盡量調平，功率差不宜大于3dB，最后切換門限宜按照低于主用光纖工程調試值5dB設置，或按照低于保護光纖工程調試值2～3dB設置，告警門限值應按照維護余量和光纜維護指標要求綜合確定。一般在工程建設中宜將切換門限設置為5dB、告警門限設置為3dB。

2．3 單波入纖光功率

單波入纖光功率指單波光信號通過合波器，經光放大器放大后進入光纜線路的單波光功率，發送信號流程見圖3。其中，

圖3 發送信號流程圖

在工程調試中，需要將各單波功率調至平衡，所以P1＝P2＝……＝PN，假設均為P0，則上式可簡化為：

P單1為經過放大器后的單波平均光功率。

P單2接口插入損耗后進入光纖線路的單波平均光功率。

理論上，發送端發送光功率越高，經光纜線路傳送后到達接收端的收光功率越高，但在工程實踐中卻要受到放大器發送總功率P總2和線路發送總功率P總3的限制。依據有關標準規定和主流設備實際情況，放大器的總輸出光功率不能無限增大，目前主要有20dBm和23dBm二種，因此根據公式3和公式4可知：

N表示系統最大波道數量，為了盡可能提高發送端光功率，應嚴格按照系統的設計容量取定N值。對于滿配置容量不超過36波的系統，計算可得，在放大器總輸出光功率為20dBm時，P單1為4．5dBm；在放大器總輸出光功率為23dBm時，P單1為7．5dBm。

實際上，光纖線路傳送過程中存在非線性效應的影響，進入光纖線路的光功率過高，非線性效應負面影響會超過發送光功率提升對接收端光性能質量提升的影響，所以按照標準規定，對于系統容量40波、單波100Gb／s系統，進入光纖線路的單波平均光功率為4dBm。根據公式4和公式6，P單2＝P單1－L2，在京滬穗、東南環工程中，L2主要包括OLP板插入損耗3．5dB和線路接口板1．5dB，因此P單2最大為2．5dBm，滿足標準規范要求。

2．4 時間同步傳遞技術 （1588V2）

隨著鐵路通信無線網逐步向LTE等寬帶無線技術演進以及鐵路信息化業務的快速發展，對時間同步性能的要求越來越高，1588V2作為高精度的地面時間同步方案，較傳統時間同步方案具有精度高、成本低、技術實現簡單等優點。鐵路通信骨干傳輸網作為基礎承載網，將負責承載時間同步信號的傳遞，因此在當前及今后建設過程中，要求新建光傳送網 （OTN）應具備1588V2時間傳遞能力，具備條件的應同步實現功能。IEEE1588協議同步原理見圖4。

圖4 1588V2協議同步原理圖

同步過程：

t1時刻主控機發送同步消息報文，帶t1時刻信息。t1的時刻值由主控機通過MAC層以下的邏輯直接填充。

t2時刻客戶機接收到同步消息報文。

t3時刻客戶機發送時延請求消息報文。

t5時刻主控機發送時延響應消息報文，攜帶t4時刻信息。

假設主控機和客戶機初始的時間差為offset，主控機與客戶機間傳輸延時為delay。

根據公式8、公式9可得：

可以看出，以上公式是建立在t1到t2階段的delay數值和t3到t4階段的delay數值一樣的前提下，即收、發雙方向傳輸延時完全對稱，但在實際工程中必然會存在雙向延時不一致情況，從而引入誤差，因此在1588V2技術實現方式選擇及工程調試階段要努力消除雙向延時不對稱誤差，以提高精度和可靠性，主要方法如下。

1．優先使用監控信道來傳遞1588V2協議，監控信道不經過交叉板、合／分波器、放大板，受系統處理延時雙向不對稱影響較小。

2．采用單纖雙向或同纜雙纖雙向工作模式，盡量減少光纖線路雙向物理傳輸延時差。兩種工作模式各有優缺點，單纖雙向模式雖然光纖物理長度一致，但收／發不同波長信號在光纖材質中傳輸速率不一致會引起誤差，雙纖雙向模式則存在光纖物理長度不一致引起誤差情況，均需要通過計算后設置補償。

3．對于承載時間同步鏈路，且配置有OLP保護或光復用段保護 （OMSP）的區段，應將切換模式設置為雙向保護倒換模式。

4．要合理設置延時測量周期，或在每次發生倒換后手動啟動延時測量。

3 總結

鐵路通信骨干傳輸網京滬穗、東南環改造工程的順利完成，為鐵路通信傳輸網后續建設和維護管理積累了經驗、奠定了基礎。要繼續完善本次工程建設過程中的建設組織形式和工作流程，用于指導后續鐵路通信骨干建設，對關鍵技術和指標，在后續工程建設中應結合工程具體情況，重點研究把控，確保工程建設質量。

［1］ 中華人民共和國鐵道部 ．鐵運〔2013〕10號 ．關于發布《十二五鐵路通信網規劃》的通知［S］．2013．

［2］ 中國鐵路總公司辦公廳 ．鐵總辦運〔2014〕34號 ．關于加快推進鐵路骨干通信網改造工作的通知［S］．2014

［3］ YD／T 5092－2014．波分復用（WDM）光纖傳輸系統工程設計規范［S］．

［4］ YD／T 2485－2013．N×100Gb／s光波分復用（WDM）系統技術要求［S］．

［5］ YD／T 1529－2006．光纖線路自動切換保護裝置技術條件［S］．