高速率波分系统应急调度问题浅析

袁志明

（中国电信股份有限公司惠州分公司 惠州516003）

1 引言

当前各大电信运营商均建设了大量的密集波分复用（DWDM）系统，以满足日益发展的用户带宽需求。作为长途干线的承载网络，其单波道的速率由最初的2.5 Gbit/s、10 Gbit/s，到现在的单波道40 Gbit/s，未来会继续向100 Gbit/s的方向演进。高速率、高集成、大容量的DWDM系统在充分满足运营商业务开放需求和提高运营商竞争力的同时，也给系统的维护部门提出了极大的挑战。然而各种基础设施建设及人为的破坏无一例外地对光缆线路造成了严重的威胁，而在光缆中断后如何利用其他路由的光缆对无保护的高速率波分系统进行有效调度，也成为运营商维护部门需要探讨的课题。

2 光纤通信的几个关键技术

2.1 损耗

在设计光纤通信系统时，一个重要的考虑是沿光纤传输的光信号的损耗，它是线路上决定中继距离长短的主要因素。损耗量的大小通常用α表示，单位是dB/km。其定义为：

其中，L为以km为单位的光纤长度，Pi为输入光纤的光功率，Po为输出光纤的光功率。

2.2 色散

光脉冲中的不同频率或模式在光纤中的传输速度不同，因而这些频率成分和模式到达光纤终端有先有后，使得光脉冲发生展宽，这就是光纤色散。色散一般用时延差表示，所谓时延差，是指不同频率的信号成分传输同样的距离所需要的时间之差。色散引起的脉冲展宽如图1所示。

图1 色散引起的脉冲展宽示意

2.3 回损

回损（return loss，RL）定义为反射波与入射波幅值（能量）的比值，一般以dB形式表示。

其中，Pr为反射功率，Pi为输入功率（总功率）。

2.4 非线性效应

从本质上讲，所有介质都是非线性的，只是一般情况下非线性特征很小，难以表现出来。当光纤的入纤功率不大时，光纤呈现线性特征，当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后，光纤的非线性特征愈来愈显著。原因是在单模光纤的光信号被约束的模场内，单模光纤的有效面积非常小（如G.652光纤的有效面积大约为80μm2），因而光功率密度非常高，低损耗又使得高光功率可以维持很长的距离。

3 高速率波分系统应急调度中存在的几个问题

早期DWDM系统大多开通单波道为2.5 Gbit/s的密集波分系统，但随着大带宽需求的增加，现在均开通了单波道10 Gbit/s甚至是40 Gbit/s密集波分系统。对于10 Gbit/s以下速率的波分系统，由于其色散容限、PMD（偏振模色散）容限较大、非线性效应不明显，因此在10 Gbit/s以下速率的波分系统中，进行光纤调度比较容易实现。但随着新一代高速率特别是N×40 Gbit/s DWDM系统的大规模建设，40 Gbit/s波分对光纤传输提出了更加严格的要求，在同等条件下，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；非线性效应变得更加明显，显然更高速率的系统对衰耗和色散的控制要求非常精确，对光缆线路的要求更高，对割接调度的要求更严格。

下面就干线应急调度中经常遇到的几种问题展开讨论。

3.1 同缆调度

当光缆的部分纤芯中断造成高速率波分系统中断时，优先考虑将高速率波分系统调到同缆的正常纤芯上，调度后系统的功率、色散等几乎没有发生改变，这种调度方式最简单，成功率也最高。但要综合考虑后续光缆是否还有风险，后续长线割接光缆还需要中断等因素，否则即使调度成功也会出现重复调度问题，造成业务重复中断的影响。同缆调度要求调度双方必须操作规范，确保调度纤、法琅头等质量，同时做好每步操作的尾纤清洁工作，否则也会造成调度不成功，同缆调度主要考虑的是光功率、回损值是否正常。

3.2 同性质的异缆调度

如整条光缆发生中断，为快速抢通业务，优先采用同性质的光缆调度（即由G.655光缆调至其他G.655光缆）。这种调度方式相对简单，调度的成功率也相对较高。但需要考虑调度距离问题，由于是同性质光缆，每公里的色散是不变的，但如果调度的光缆比原有光缆长度增加太多，则会造成衰耗和色散值的增加，特别是N×40 Gbit/s波分对光缆的要求更高，如果考虑不全则会造成调度不成功。此种情况下，如果调度的是N×10 Gbit/s及以下的波分，则主要考虑衰耗问题；而N×40 Gbit/s波分调度则需要综合考虑色散和衰耗问题。当然这些都在双方调度规范及调度器件正常的条件下进行。

3.3 不同性质的异缆调度

如整条光缆中断，在无同性质的光缆调度的情况下，为快速抢通业务，可能会采用异缆调度方式。这种调度方式在操作上与前面两种没有太大的区别，但其调度的成功率最小，特别是N×40 Gbit/s波分，因为波分系统速率越高，对光缆的衰耗和色散要求也越高，对光缆的参数变化也越敏感。所以，不同性质的异缆调度对于N×40 Gbit/s波分的调度成功率很低。除调度时操作规范因素外，采用的是不同性质的异缆调度，光缆的损耗、色散均发生了很大的变化，特别是色散，最有可能引起调度不成功。

3.4 其他不成功调度案例

除了要考虑调度的路由，综合调度的色散、衰耗、非线性效应、回损等因素外。对于高速率波分系统，考虑到对人体的安全性，光放大器大多有自动功率关断功能，只有系统在探测到光路正常后，放大器才会发出正常的光。如光缆发生中断，两端调度不一致或轮番断开线路纤芯测试、判断等，导致系统判断线路一直处于中断状态，这样极有可能造成调度不成功。还有，由于高速率DWDM波分的光放输出光功率很强，有些达到+25 dBm，如果直接进行调度，则调度尾纤极容易被烧坏，造成调度不成功，出现二次故障。

4 高速率波分系统应急调度问题的解决办法

在第4节中，分析了几种调度不成功的因素。针对这些情况，结合系统的各种性能，对高速率波分系统的应急调度中存在的问题，提出如下的解决办法。

4.1 同缆调度

在同缆的调度中，最有可能引起调度不成功的是操作不规范，从而引起光功率或回损值不正常。

（1）光功率偏低的解决办法

·利用光源、光功率计等仪表，判断调度两端的尾纤及法琅头是否良好。

·对调度时操作过的光接头进行清洁。

·在确定全程的光缆损耗正常的情况下，利用网管定位机盘是否出现故障。

（2）回损值偏小的定位及解决办法

·将光放大器的输出端口的光纤绕成15 mm大小的圈（4圈），检查放大器的反射光功率大小，如反射值仍然过大，将该放大器关闭，将光纤与放大器断开，对该光接头进行检查、清洁。再将尾纤连接好，将光放器打开，再对该光放大器的反射功率进行检查。

·对设备的输出端口堵上终端器，将光放大器设置为强发光，利用网管查看回损值，若回损值正常，则故障点不在光放大盘上；若回损值不正常，则故障点在光放大盘上（包括机盘故障、光口脏、连接器脏、盘内的尾纤问题等）。当然这种方法也可定位光纤连接点的故障。

表1 常用G.652、G.655纤芯性能对比

4.2 同性质的异缆调度

对于同性质的异缆调度，如发生光功率及回损值等不正常，除采用上面的办法外，还需考虑同性质的异缆长度变化导致损耗过大或变小造成的功率偏低或过载问题，具体处理方案如下。

（1）比原路由长的情况

调度后会导致全程光路的衰耗变大，从而造成光功率低，解决的方法是检查系统中有无损耗器，如有衰耗器则去除，以提高系统总光功率。其次是考虑有无更短距离的同性质的光路进行调度。

假如系统输出功率为+10 dBm，对方接收输入范围是-10～-28 dBm，全程光缆长度为100 km，全程损耗为32 dB（含接头损耗2 dB，纤芯损耗按0.3 dB/km计算），正常情况下B端收光功率为-22 dBm，如采用了同性质（G.655）的异缆调度，调度路由比原路由长了25 km，则A至B段的调度路由总损耗为39.5 dB（含接头损耗2 dB），则B端的收端功率约为-29.5 dBm，此值已超过B端接收范围，将会造成系统调度成功。

注：此调度虽增加了25 km，如是G.655光缆，色散值增加了25 km×6 ps/nm·km=150 ps/nm，一般波分系统在工程设建设时对色散进行了全补偿，加上单波的OUT也有较大的色散容限（单波道10 Gbit/s的OTU的色散容限一般都为800 ps/nm，单波道40 Gbit/s的OTU的色散容限一般都为400 ps/nm）。故增加的色散值在OUT的容限范围内，对系统没太大的影响。常用G.652、G.655纤芯的各种性能对比见表1。

（2）比原路由短的情况

调度后会导致全程光路的衰耗变小，从而造成光功率偏高，造成系统过载。解决方法是根据实际情况在系统的收端加上相应的衰耗器，确保收光功率在光盘的接收范围之内。

对照组行常规外科手术治疗：根据患者损伤程度选择适宜的手术方案，将患者腹腔打开后吸收内部液体，仔细探查腹腔组织器官，待处理好受损的脏器后，对腹腔进行冲洗，结束手术；术后于外科ICU中心实施常规复苏干预。

4.3 不同性质的异缆调度

如整条光缆发生中断，在无同性质的光缆调度的情况下，为快速抢通业务，可能会采用异缆调度的方式。这种调度除4.1节、4.2节提到的处理办法外，重点考虑色散因素。如果调度后增加的色散值在OTU的色散容限之内，理论上可调度成功。

G.652光缆在1 550 nm工作窗口上的色散系数为17～20 ps/nm·km，G.655光缆在1 550 nm工作窗口上的色散系数为0.1～6 ps/nm·km，如调度距离为100 km，假如系统在G.655光缆上对色散采用了全补偿方式（即补偿了6 ps/nm·km×100 km=600 ps/nm，补偿为负补偿），如从G.655光缆调度到G.652光缆时，其色散值增大了（17 ps/nm·km-6 ps/nm·km)×100 km=1 100 ps/nm。这个值已超出了OTU的色散容限范围，造成系统调度不成功。这种情况下，常用的解决方法如下。单波道10 Gbit/s的OTU的色散容限一般都为800 ps/nm，单波道40 Gbit/s的OTU的色散容限一般都为500 ps/nm。

（1）更换两端的色散补偿模块

计算调度路由的总色散值，根据色散全补原则，更换系统两端的色散补偿模块。计算方法：全程总色散=光缆的长度×纤芯每公里的色散。

（2）采用分段调度的方式，减少色散值对系统的影响

根据调度的光缆路由，采用分段调度的方式，尽可能减少全程色散值的变化。如一个单波道10 Gbit/s系统，其OTU的色散容限是800 ps/nm，采用了色散全补偿的方式，全程是G.655光缆，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端为跳纤点。备用路由是A端至B端及B端至C端均是G.652光缆，如图2所示。

图2 异缆调度示意

因B点是跳纤点，一般情况下无人维护，如果光缆在A至B端发生中断，假如维护采用全程A至C段用G.652光缆进行调度（C点之前已连接好），前面分析过其光缆的色散超出了系统的色散容限，会造成调度不成功。如安排人 员 到 达B点，A至B段 采 用G.652光 缆，B至C段 用 原来G.655光缆，调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的容限之内。因此这种分段调度方式理论上能成功。

注：针对N×40 Gbit/s波分的实际情况，不建议对该速率的波分系统进行不同性质的异缆调度。

4.4 其他不成功调度案例

要解决因调度不一致而引发的调度不成功或调度时间过长问题，在进行业务调度时，需听从业务领导局的指挥，做到调度操作一致，同时需依靠网管进行业务确认，以尽量减少调度不一致而造成的调度不成功或调度时间过长问题。针对高光会烧坏尾纤的问题，调度前要求网管将激光器关闭或降低发光功率，待两边调度完成后再将光放激光器打开，这样就能有效避免高光对尾纤的损坏，也能避免瞬间高光产生的非线性效应。

5 结束语

目前各大运营商均建设了大量的高速率DWDM系统，因投资及光缆资源等因素，不可能全部系统在各个光复用段或光再生段上形成光开关保护的模式，当光缆发生故障时，还需靠维护人员进行人工调度以抢通业务。如果不了解系统及不同性质的光缆特点，盲目进行调度，小则调度时间变长，大则会因光功率过高引起机盘出现故障。因此在调度过程中，应根据调度路由的光缆性质、距离等因素，考虑系统的回损、功率、色散等关键性能，正确对调度后产生的告警进行分析，相信通过这些手段，高速率波分系统调度的成功率应有极大的提高。本文结合理论知识，讲述了高速率波分复用系统在调度过程中引发的各种问题及解决的方法，希望对今后的维护调度有一定的指导作用。由于笔者理论知识和经验有限，对本课题的分析难免有疏忽和不足之处，希望在以后的工作中继续努力学习和补充。

1 高炜烈，张金菊.光纤通信.北京:人民邮电出版社,1993

2 纪越峰.现代光纤通信技术.北京:人民邮电出版社,1997