电力通信网OTN网络运行维护研究与实践

李黎 陈灿 陈彦宇

摘  要： 电力通信网普遍应用OTN网络，OTN网络运行维护对电网安全生产起到重要作用，通过不断研究、实践，确立OTN网络运行四要素：光功率、色散、光信噪比、非线性效应，从这四个方面结合OTN网络主要性能参数指标，对网络维护进行深入研究，探索OTN系统多波平坦度维护要点，放大器标称参数优化，线路调整对OTN网络影响情况。

关键词： OTN;电力通信网;光信噪比;色散;非线性效应;平坦度

中图分类号： TN914    文献标识码： A    DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.024

本文著录格式：李黎，陈灿，陈彦宇，等. 电力通信网OTN网络运行维护研究与实践[J]. 软件，2019，40（4）：112-115

【Abstract】： The OTN network is widely used in power communication networks. The operation and maintenance of OTN networks plays an important role in the safe production of power grids. Through continuous research and practice， four elements of OTN network operation are established： optical power， dispersion， optical signal-to-noise ratio， and nonlinear effects. Four aspects combine the main performance parameter indicators of OTN network to conduct in-depth research on network maintenance， explore the multi-wave flatness maintenance points of OTN system， optimize the nominal parameters of the amplifier， and influence the line adjustment on the OTN network.

【Key words】： OTN; Power communication network;OSNR; Dispersion; Nonlinear effect; Flatness

0  引言

近年来，大容量光传输通信[1-3]在电力系统普 遍应用，它为电网企业信息化提供基础，是现代   化企业探索“大云物移”等前沿技术的重要保障手段[4-10]。整个电力通信网发展从无到有，从小到大，从单一的电力线载波通信手段到现在OTN大容量骨干传输网络，电力通信网在电网安全生产运行过程中起到越来越重要的作用。

电力通信网OTN网络迅速发展、规模扩大也给运维人员带来了越来越多的压力。与传统的SDH网络不通，OTN网络对光功率、色散等指标要求更高。在实际运维工作中，线路的迁改、网络扩容等常见

情况有可能对OTN网络造成较大影响，运维人员要不断计算各段光路性能指标、反复调整波道平坦情况，以保证整个网络始终处于最优状态。

本文研究了电力通信网OTN网络运行维护要素，从众多网络参数、指标中提炼出影响网络运行的关键技术，结合实际运维经验，总结出电力通信网OTN网络运维的主要方法。

1  OTN网络运行要素

OTN即光传输网络，是以波分复用技术为基础，电力通信网采用DWDM即密集波分复用技术。在OTN网络运行过程中，光功率、色散、光信噪比、非线性效应是影响网络运行的四大要素。

1.1  光功率

光功率在OTN系统中是重要参数指标，影响系统運行的多个方面。光功率用于确定再生段距离，对光功率计算的过程实际上就是配置放大器的过程。发送端的光功率满足入纤光功率要求，接收端的光功率满足接收机工作范围。在OTN系统中，线路光纤、光模块以及光器件等引入的功率损耗需要通过光放大器（掺铒光纤放大器或拉曼放大器）进行功率补偿。在网络维护时，应该计算整个链路的光纤损耗，并考虑系统余量（工程没有特殊要求时考虑3dB余量）的情况下，核查放大器增益，然后再根据色散补偿模块的配置情况进行适当调整。

1.2  色散

由于光纤中所传信号的不同频率成分，或信号能量的各种模式成分，在传输过程中，因群速度不同互相散开，引起传输信号波形失真，脉冲展宽的物理现象称为色散。OTN系统中，在没有色散补偿的情况下，每一个再生中继段都应该小于色散受限距离。如果再生段大于色散受限距离，应该进行色散补偿。色散受限距离（km）=色散容限（ps/nm）/色散系数（ps/nm.km），色散容限值取决于激光器（光源），不同速率、不同质量的光源有不同的色散容限值;色散系数取决于光纤。

目前，现网通常采用对应G.652（SMF）光纤和G.655（LEAF/TRUEWAVE）光纤的两种类型DCM模块。G.652单模光纤（SMF）的典型色散系数为17ps/nm.km，但是在将OTU色散容限转换为色散受限距离时需取光纤的色散值20ps/nm.km。G.655单模光纤的典型色散系数为4.5ps/nm.km，但是在将OTU色散容限转换为色散受限距离时需取光纤的色散值6ps/nm.km。

需要说明一点，在采用相干接收技术的40G/ 100G OTN系统中，无需配置色散补偿模块。相干系统采用相干接收技术，提升CD、PMD及OSNR容限，提升系统传输能力，达到与10G网络相当的传输性能。相干接收技术，利用相同频率的本振   激光器与接收光信号进行相干，从接收信号中恢  复幅度、相位及偏振状态信息。同时，相干系统    利用高速模拟数字转换（ADC）和数字信号处理（DSP）技术，补偿线路中的色散和PMD。相对于传统的非相干接收系统，相干系统极大提升了色散容限和PMD容限，可以实现数千公里无色散补偿传输，降低光纤线路传输延迟，提供大容量低时延传输能力。

1.3  光信噪比

光信噪比，即OSNR（Optical Signal to Noise Ratio），是衡量OTN系统性能最重要的指标。光信噪比是指传输链路中的信号光功率与噪声光功率的比值。即OSNR（dB）=10xlg（P信号（mW）/P噪声（mW））=P信号（dBm）-P噪声（dBm）。当光信噪比降低到一定程度后将严重危害系统的性能值。对于多个级联线路光放大器的OTN系统，采用光放大器对线路损耗进行功率补偿，会引入放大器辐射噪声，而噪声的光功率主要来自放大器的自发辐射噪声的累积，进而引起光信噪比降低，传输性能劣化。

在OTN网络中，光信噪比的降低主要是因为各个光放单元会引入ASE噪声。线路上引入的噪声在规划时可以忽略。在光线路上，信号和噪声的光功率都会由于光纤的衰减而降低。如图所示，各个光放引入的噪声相同，但经过第一级光放后信噪比下降最大。

1.4  非线性效应

非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应，包括光学谐波，倍频，受激拉曼散射，双光子吸收，饱和吸收，自聚焦，自散焦等。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。主要原因是在单模光纤内的光信号被约束的模场内，而单模光纤有效面积非常小（如G.652光纤的有效面积大约为80 mm2），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。

2  OTN网络维护

2.1  概述

OTN网络维护要综合考虑上述四要素，不断优化网络性能指标、参数，对于发现的缺陷、隐患进行及时消缺，防止网络带病运行。这里结合运维实践，从多波平坦度、放大器标称参数、线路侧调整对OTN网络影响等角度探讨OTN网络维护。

2.2  OTN网络多波平坦度维护

OTN网络对多波平坦度有很高要求，要调整各波光功率、光信噪比，使差值在4 dB范围内。

根据实际维护网络情况，如图2所示系统，A、B之间为40波系统，开通8波，平均光功率在1.7 dBm，平均OSNR在27.5 dB。其中第5波光功率为1.1 dBm，OSNR为27.4 dB，第4波光功率为1.2 dBm，OSNR为27.5 dB，第6波光功率为1.3 dBm，OSNR为27.7 dB详见图3。

调整第5波光功率至7.3 dBm，第4、6波无法检测到，如图4所示。

调整第5波光功率至3.7，第4、6波可检测到，光功率降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

根据以上实际测试情况可见，OTN网络40波系统单波光功率增加会对相邻波道光功率、OSNR产生影响，超过一定门限，将使相邻波道光功率低至无法检测，业务中断。接近门限时，相邻波道光功率受影响降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

目前根据实际运维经验，将各波差值门限设置在4 dB，基本可以保证不影响相邻波道性能指标。

2.3  放大器标称光功率维护

维护光放大板输入光功率，使光放大板光口的输入单波平均光功率尽量调整到光放大板典型单波输入光功率。并且保证大于和小于这个典型光功率的波数大致相等。

光放大板输入端未接入可调衰减器前，如果输入单波平均光功率高于典型单波输入光功率，则在光放大板输入端需增加可调衰减器并对其进行调节，使输入单波平均光功率达到标准。光放大板输入端未接入可调衰减器前，如果输入单波平均光功率低于典型单波输入光功率，则不需要增加可调衰减器。

对于光放大板，通过设置增益，保证各增益下的单波平均输出光功率等于单波最大输出标称光功率。增益值=单波最大输出标称光功率-单波平均输入光功率。设置增益后，用光谱分析仪检测单波平均输出光功率是否在标称光功率上下0.5 dBm范围内，如果超过这个范围还需要对设置的增益值进行微调。允许偏差±0.5 dBm。

2.4  线路调整情况下OTN网络维护

在OTN网络运维过程，因线路调整，例如光缆迁改、站点搬迁、线路迂回等情况，都需要考虑OTN网络相关光路性能指标，对参数、配套板卡进行调整，以符合线路改变后的实际需要。我们建议这部分工作在线路调整设计阶段就要考虑进去，但实际运维过程中，还是有很多工作要在维护过程中发现解决。

线路调整后除了要对光放大器标称光功率进行相应调整、對各波平坦度进行检验，还应考虑线路带来的色散变化（非相干系统），这里面要从两个方面分析，一是线路光缆型号不变，距离增加或减少，这样色散补偿的距离也要随之调整;二是线路光缆型号改变，这种情况下色散补偿板卡型号也要做相应改变。

除了色散变化带来的影响，还要考虑光缆型号变化对入纤光功率要求，防止产生非线性效应。

在线路调整完成，光路恢复后，应观察线路板收光情况，并查看纠错前、纠错后误码。保证纠错前后无误码。

3  结论

本文介绍了OTN网络运行维护技术，根据实际运维经验，研究了OTN网络主要影响因素，并对各性能参数进行详细分析，总结出OTN网络运维的要点。本文没有对常见告警处理进行介绍，告警信息因厂家而异，可参考各家产品手册，但OTN网络性能指标、关键参数是通用的，本文可对OTN网络运维工作起到一定指导作用。

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