OMSP保护在40G WDM干线系统中的应用

王 鹏，谢 歆，吕朝炀 （.中讯邮电咨询设计院有限公司，郑州 450007；.中国移动通信集团河南有限公司，河南 郑州450008）

0 前言

近年来，IP数据及3G移动业务发展迅猛，作为基础传输平台，长途传输网的质量对业务信号的指标影响非常大，需要不断采用新技术，对网络进行合理的配置，才能满足用户的高质量服务需求。随着40G WDM技术和路由器技术的成熟和在国内开始的规模应用，中国联通建设了一定规模的40G WDM链路，同时在2009年建设的南京－济南－青岛－上海工程中引入了光复用段保护（OMSP）。

本文重点介绍了OMSP在现网中的实际应用案例，同时结合40G WDM设备技术测试、现网光缆光纤特性等对40G WDM网络中保护方案的设计提出了建议。

1 40G WDM系统技术分析

40G WDM系统与10G WDM系统的区别不仅仅是单信道速率变成了4倍，更重要的是信号频谱带宽的展宽，对光信噪比（OSNR）要求的提高，以及传输损伤容限的降低，因此在技术上提出了更高的要求，与10G WDM技术相比，40G WDM系统OSNR劣化4倍（6 dB）左右，色度色散容限从1 600降低到100左右，偏振模色散（PMD）容限平均值从10降低到2.5左右。40G WDM系统必须妥善解决电域高速信号处理、CD/PMD色散受限、系统OSNR的余量保证等问题，以及必须克服的光纤非线性效应。

40G WDM系统码型调制技术目前主要以部分差分相移键控（P-DPSK）、归零差分正交相移键控（RZ-DQPSK）2种调制技术为主，在中短距离传输系统中也有部分采用光双二进制（ODB）编码调制方式。偏振复用相移键控等新的编码调制方式以其色散和偏振模色散大的优势也逐步开始有所应用。

由于40G WDM技术对线路的参数要求非常严格，因而40G WDM系统中的色散管理就显得尤为重要，主要体现在以下几个方面。

a）传统的色散补偿模块，要求更为精细地进行色散补偿模块的规划。

b）新的基于光栅的全波段色散补偿模块，光纤的长度更短，插入损耗更小，补偿斜率更好。

c）基于光栅的单波电可调色散补偿模块，可以实现约±500 ps的色散补偿，并能够通过反馈测算的方式，动态调制色散补偿的大小。

d）通过编码方式的优化，降低传送信号的波特率和信号检测的方式，从而提高信号的色散容限。

40G WDM技术对线路的参数要求非常严格，DPSK码型和RZ-DQPSK码型对线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，因此系统设计时，要严格控制线路的偏振模色散，尽量选择PMD性能指标好的光缆；RZ-DQPSK码型的PMD容限相对较大，在一定范围内可以应用于PMD性能较差的老光缆。

目前40G WDM OTU的色散容限比较小 （100 ps/nm以内），通常在OTU线路侧接口增加电可调色散补偿器件，使系统的色散容限达到500 ps/nm左右，±500 ps/nm的色散容限可以保证系统规划、设计、应用有较大的灵活性。但这种单波可调电色散补偿技术在色散调整范围较大的情况下，调整时间比较长，可达到几min。

2 光网络保护方式技术分析

按照光传送网（OTN）的结构分层，WDM网络在光层可以细分为光通道层（OCh）、光复用段层（OMS）和光传输段层（OTS）3个层次。

根据采用的网络拓扑结构、所保护的网络结构层面等，WDM系统的自动保护方式有多种类型。

a）根据WDM系统网络拓扑结构的不同，可以分为线性保护、环网保护和网状网保护。

b）根据保护结构的不同，可以分为路径保护和子网连接保护。路径保护是一种端到端的保护机制，可分为光通道保护（OCHP）和OMSP。

c）根据对保护资源的占用情况不同，可分为专用保护和共享保护。专用保护的保护资源由工作业务独占；共享保护的保护资源在正常工作状态下可传送低等级的额外业务。

现网中IP业务主要采用WDM系统传送，传输网提供保护的方案主要在WDM系统上实施，可实施的光层面的保护技术主要有光传输段保护（OLP）、OMSP和OCHP。

OLP是基于WDM系统的线路保护，分为基于光放段的线路保护和基于光复用段的线路保护2种。OLP要求运营商提供不同路由的光纤对WDM的线路进行保护，一般采用1+1保护。OLP引入后，对基于光放段的保护情况介入了一定的信号衰减，有可能对系统的自动均衡产生影响，另外这种方式的保护对于主备用两路信号传输的时延和色散差值均较为敏感，对主备用光缆的长度、衰耗和色散指标要求较为苛刻，尤其是对40G WDM系统，一方面对线路参数的变化非常敏感，同时40G WDM系统的光复用段距离本就比较短，OLP增加了线路的衰耗，会造成大量增加电再生站，增加工程投资，因此不推荐在实际工程应用。OLP结构见图1。

图1 OLP结构

OMSP要求提供不同路由的光纤对WDM的线路进行保护，在光路上对合路信号进行1+1或1∶1保护，光缆和WDM的线路系统是备份的，分走不同的路由，系统终端等其他设备没有备份，成本比OCHP低。OMSP采用同一厂商的WDM设备，在2条线路上建设2套系统平台，系统实现相对比较简单，引入的信号衰减较少，对原有系统影响比OLP小，对主备用光缆的长度、衰耗和色散差值要求不高。OMSP结构见图2。

图2 OMSP结构

OCHP是基于单个波长保护，可以在光通道层实施1+1或1∶N的保护。其典型应用是在传统的WDM设备上增加OCHP倒换机盘，将客户侧信号输入到不同WDM系统的OTU中，通过并发选收的方式实现对客户侧信号的保护。OCHP倒换准则比较完善，且一般应用在OTU和客户设备之间，仅仅在支路侧引入衰减，不会对整个系统产生影响，因此，OCHP可以在一些特定的场合得到应用，如在故障多发区利用其他光缆路由上的WDM系统实施OCHP，增加网络的可靠性。采用OCHP需要更多的波道需求，且为专用保护波道，灵活性差，因此，OCHP技术只适合部分特殊需求的情况，不适合全网范围的应用。OCHP结构见图3。

3 OMSP在40G WDM系统中的应用

2010年中国联通建设了南京－济南－青岛－上海40G WDM系统，并在济南－青岛段首次引入了OMSP。

图3 OCHP结构

宁济青沪40G WDM工程采用华为公司的OptiX BWS 1600G设备，采用eDQPSK编码方式、AFEC/FEC技术，精细色散管理，OTU的色散容限为±500 ps/nm。其中济南－青岛复用段主备用路由分别选用2条不同路由的G.655光缆，采用OMSP。网络结构配置如图4所示，根据光纤实测结果及DCM模块引入的PMD，主用路由再生段DGD为2.021 ps，备用路由为1.93 ps。主备用路由采用G.655色散补偿模块，补偿后的残余色散允许范围为±500 ps/nm，系统的保护倒换时间为s级，但是如果在工程中经过对主备路由进行精确补偿，将主备路由的残余色散差控制在±100 ps/nm内，可以保证倒换时间在50 ms以内。工程实际配置后的主备用路由的残余色散详见表1。

图4 济南－青岛OMSP网络配置

表1 济南－青岛主备用路由残余色散表

基于上述工程配置，在工程厂验测试时，通过拔纤及光功率越限等，均能完成主备用路由的自动倒换，测试结果如表3所示。

在工程实际开通，现场验收测试时，根据光缆线路实际色散情况，通过调整色补模块，使主备通道色散均达到最佳状态，线路工作在主用及备用通道时各波纠前误码率均低于-10，现场利用40G仪表进行倒换测试，各波倒换时间均小于50 ms；具体测试结果如表4所示。

表3 OMSP倒换工厂检验测试结果

4 对40G WDM网络中保护方案的建议

基于上述对各种保护技术的分析，在长途WDM传输系统中，OLP和OMSP方案最为经济，也比较常用。OLP涉及多个光放段，在大量采用OLP的情况下，OLP倒换的段落数量、主备用线路差异等都会对保护倒换效果造成较大影响。不同段落保护倒换时的线路参数差异较大，倒换后线路上色散的差异造成OTU需要一定时间进行色散动态补偿调整，倒换时间达到min级，多段落故障下的倒换性能难以保证，另外配置OLP会在线路上带来额外的插入损耗，不利于长距离干线传输。由于40G系统对色散的要求非常高，对线路的变化非常敏感，因此在40G WDM网络中应优先选用OMSP，但由于OMSP主备用路由的光缆长度和光纤类型往往不一致，主备用路由的残余色散也会有较大的变化，虽然40G WDM中OTU内置的电可调色散补偿器件能够容忍500 ps/nm的残余色散，但该器件在电域对色散进行补偿，动作速度较慢，在色散调整范围较大的情况下，调整时间比较长，造成倒换时间长达几min。

表4 OMSP倒换现场验收测试结果

根据OMSP在40G WDM工程中的实际应用，建议在进行40G WDM OMSP系统设计时，应注意对主备用路由的色散补偿进行优化，使主备用路由的残余色散差异尽量控制在60~100 ps/nm，从而缩短系统的保护倒换时间。在工程实施后期的光缆割接及改造等操作中，不但要关注衰耗的变化，还要严格关注色散的变化。

5 结束语

近2年来，40G WDM系统已经开始规模应用，运营商应根据现网光缆的实际情况，结合40G WDM系统的技术特点和相关测试结果，针对不同的业务采用不同的保护方式，达到既要为运营商提升网络安全性，又要降低网络建设成本的目的。

［1］YD/T 1991-2009 N×40 Gbit/s光波分复用（WDM）系统技术要求［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ptsn.net.cn/standard/std_query/showyd-3378-1.htm.

［2］中国通信标准化协会.N×40 Gbit/s光波分复用（WDM）系统测试方法（报批稿）［S/OL］.［2011-02-26］.http://www.ccsa.org.cn/publish/download_bp.php?stdtype=yd1&sno=120.

［3］YD/T 1617.1-2007智能化光保护系统第1部分：光线路保护系统［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.