论文部分内容阅读
摘 要： 针对传统波分系统验收指标存在的不足，提出利用传输网管对设备的纠错前误码率性能检测指标来衡量波分系统的冗余度，从而及时发现波分系统是否存在冗余度不足的问题，工程和维护人员通过排查解决影响波分系统的光功率，色散补偿、信噪比、非线性效应及设备硬件质量等原因，确保波分复用系统的建设质量，为业务通信网络安全稳定运行提供有力的保障。
关键词： 密集波分复用纠错前误码；误码率；工程质量
0 引言
密集波分复用系统（DWDM，以下简称波分系统）作为传输网络的基础，为上层SDH（同步数字系列）、PTN（分组传送网）传输网及大颗粒的GE级别及以上速率的IP电路提供了透明传输通道，波分系统的建设质量直接影响到业务通信网络的运行质量。中国移动一干六期工程南宁白沙-云南文山OTM（光终端复用）段落，按传统波分系统的验收指标光信噪比（OSNR）和误码率等测试指标都达标，但是在后期光缆因公路建设多次迁改引起线路衰耗增大或者地质灾害引起光缆衰耗增大的情况下，波分系统的网络性能下降导致承载的IP承载网电路经常出现误码及瞬断，业务运行质量受到影响。因此，在工程调测完毕后，怎样衡量波分系统的冗余度是我们迫切需要解决的问题。
1 影响波分系统建设质量的因素分析
决定波分系统建设质量的因素主要有光功率，色散补偿、信噪比OSNR、非线性效应及设备硬件质量，光功率，色散补偿、信噪比在系统的长时间运行后会逐渐产生变化，因此，在波分系统建设中，对光功率，信噪比OSNR，色散补偿在设计时考虑了适当的冗余：
1.1 光功率计算
在规划DWDM波分系统中，一般情况只测算传输网络相邻的设备之间的功率，而不会测算整个传输网络的功率。在工程设计时，应该对整个链路的光纤损耗进行计算，且考虑波分系统衰耗余量（没有特殊要求的工程一般考虑3dB余量）的情况下。
如图1所示，S为A站的发送参考点，R为B站的接收参考点，R点与S点之间的传输的距离为L，则计算中继段衰耗公式如下：
中继段衰耗（dB）=L（km）×a（dB/km）+b（dB）+3（dB）（1）
其中，a为衰耗系数（dB/km）。b为光纤跳转站点接头损耗。3db为光功率余量。
1.2 色散补偿计算
对于10Gbit/s速率及以下的波分系统，色散主要是指色度色散，因为偏振模色散的影响没有色度色散明显，所以实际工程中主要考虑色度色散的补偿。
色度色散与采用的光缆纤芯材料有关系，目前移动网络主要有G.652和G.655两种纤芯型号，G.652光纤典型色散系数为17ps/nm.km，设计上一般取色散值20ps/nm.km，G.655光纤典型色散系数为4.5ps/nm.km，设计上一般取色散值6ps/nm.km进行计算。
L（DCM）色散补偿距离＝传输距离（L）-光波长转换单板（OTU）色散受限距离＋工程余量（2）
说明：光波长转换单板的色散容限有800ps/nm、400ps/nm，如果系统是采用G.652光纤，则色散受限距离=色散容限800ps/色散系数20ps/nm.km=40KM。
工程余量一般采用欠补偿色散受限距离的一半左右最佳（例如单板色散容限800ps/nm，则余量取值范围对 G.652光纤为：10～30km，对G.655光纤为：38～113km）。
工程上采用色散补偿模块（DCM，一段负色散系数-90ps/nm.km的光纤），添加在站点设备的光放大单板之间。按照OTM站发端预补20Km DCM模块，后续段落100％色散补偿，在OTM站点的收端，根据色散余量的要求进行配置。
1.3 信噪比计算
应用掺铒光纤放大器（EDFA）时引入ASE噪声，波分信号质量降低，从而影响系统接收灵敏度。光放大器级联会引起ASE噪声在接收端累积效果，最终影响OSNR。多个放大器级联后累积ASE噪声的大小与所级联的各个放大器增益和中继段距离衰耗有关。在总长度不变的情况下，多个小增益的中继段级联比少个高增益的中继段级联后的OSNR要好。因此在工程设计时，必须根据实际计算结果采用合适方案，主要设计方法有规则设计法和简易信噪比设计法。在实际工程设计中，在上述两种设计法均不能满足系统OSNR的情况下，需要采用专用计算工具进行计算确定，必须充分考虑系统未来的升级扩容需求。
在波分系统的设计时对光功率、色散补偿和信噪比都考虑了适当的冗余，但是在工程实际当中还是存在一定的偏差，比如光功率，有些段落的光缆衰耗比设计值偏大，衰耗的富余度达不到要求；工程施工时同一段落既有G.652、也有G.655的光纤纤芯，实际使用的纤芯与设计不一致导致色散存在偏差等等。目前的工程验收指标当中并没有对富余度进行测试的要求，要对余量测试也较困难，例如两个OTM复用段全程色散补偿最终的色散余量测试，因两个OTM站点全程的光缆距离较长，普通的色散测试仪表测试距离不超过120KM，不支持带光放大站点的色散测试功能，一般都无法测试全程的色散余量值。
波分系统的质量最终通过误码率指标来反映，在工程验收指标测试中，采用SDH分析仪挂表测试24小时，结果要求无误码。但是该指标只体现了当前波分系统的可用性，不能客观反映系统的冗余度，我们考虑利用传输网管对OTU单板的纠错前误码率性能检测值来衡量波分系统的冗余程度，此法比较方便精确。
FEC纠错前误码率检测技术在ITU-T G.975/709标准进行了规定，目前各厂家的传输网管都支持该功能，实际应用非常简单，在OTM设备连接上网管后，查询该设备的OTU单板FEC纠错前误码率性能，只需幾分钟就可得出结果。
2 利用纠错前误码率指标来衡量波分系统冗余度的实践成果 一干六期工程采用中兴M900波分设备，OTU单板的信噪比门限为18db，在2010年12月工程初验时误码测试及信噪比都达标，系统上业务后，发现广州-昆明W-1的IP承载网电路存在异常瞬断现象，影响业务稳定运行，检查南宁白沙（文山方向）传输网管性能发现OTU单板的纠错前误码率性能检测值偏高，性能值在1E-6左右，部分波道低于1E-5，系统的冗余度不够。
经过现场排查分析，发现存在两个较大的问题，一是南宁白沙-那坡的線路原来是2001年本地网的线路，一干网络建设时利旧原有纤芯，部分线路衰耗较大，超过了设计的估算值。二是德保-田阳、那坡-靖西段落的配置的光放大单板采用的是33dB高增益的放大单板，在线路上收光口加了7dB固定光衰，会降低系统的信噪比指标，即降低了系统的冗余度。我们针对这两个问题作了专项优化工作，通过多次光缆割接，更换因线路中断接头盒较多的光缆段落、排除接头盒封装不好进水导致衰耗大等问题，使纤芯质量达到0.275db/KM的要求，另一方面将田东-田阳、那坡-靖西段落的33dB增益的光放大单板更换为25dB增益的单板，提高系统的信噪比。经过历时半年多的优化割接，南宁白沙（文山方向）的传输网管性能各OTU波道的纠错前误码率性能值全部大于1E-6，平均在1E-8以上，部分波道纠错前误码率为0。
优化后一干六期系统从2011年下半年至今业务一直稳定运行，广州-昆明W-1电路再无瞬断情况出现。
为了保证波分系统建设的冗余度，在后续的工程中我们明确提出将纠错前误码率性能指标作为验收参考指标，各波的性能值必须全部大于1E-6，平均值应在1E-8。2011年7月一干七期工程初验前也发现有两个OTM复用段各波的纠错前误码率性能查询值有部分波道指标低于1E-6，后来核查发现存在两个问题，一是现场使用的纤芯部分段落实际使用的是G.652的纤芯，与设计文件不符，重新更换色散补偿模块后解决。二是部分单板的硬件质量存在问题，通过更换解决。
3 结论
在工程验收工作中，通过创新性的利用传输网管对设备的纠错前误码率性能检测指标来衡量波分系统的冗余度，有效解决了传统波分系统验收指标不足之处。该检查方法所需时间只需几分钟，简单高效，能及时发现波分系统是否存在冗余度不足的问题，施工人员和维护人员通过排查解决影响波分系统的光功率，色散补偿、信噪比、非线性效应及设备硬件质量等原因，确保了波分复用系统的工程建设质量，为业务通信网络安全稳定运行提供了有力的保障。
参考文献：
[1]华为技术有限公司，OptiX BWS 320G设备组网与系统应用，2003年.
[2]YD T 5122-2005长途光缆波分复用（WDM）传输系统工程验收规范，2006年6月.
[3]廖振钦、王静伟，华为技术有限公司，OptiX_WDM_产品FEC功能专题，2007年7月.
关键词： 密集波分复用纠错前误码；误码率；工程质量
0 引言
密集波分复用系统（DWDM，以下简称波分系统）作为传输网络的基础，为上层SDH（同步数字系列）、PTN（分组传送网）传输网及大颗粒的GE级别及以上速率的IP电路提供了透明传输通道，波分系统的建设质量直接影响到业务通信网络的运行质量。中国移动一干六期工程南宁白沙-云南文山OTM（光终端复用）段落，按传统波分系统的验收指标光信噪比（OSNR）和误码率等测试指标都达标，但是在后期光缆因公路建设多次迁改引起线路衰耗增大或者地质灾害引起光缆衰耗增大的情况下，波分系统的网络性能下降导致承载的IP承载网电路经常出现误码及瞬断，业务运行质量受到影响。因此，在工程调测完毕后，怎样衡量波分系统的冗余度是我们迫切需要解决的问题。
1 影响波分系统建设质量的因素分析
决定波分系统建设质量的因素主要有光功率，色散补偿、信噪比OSNR、非线性效应及设备硬件质量，光功率，色散补偿、信噪比在系统的长时间运行后会逐渐产生变化，因此，在波分系统建设中，对光功率，信噪比OSNR，色散补偿在设计时考虑了适当的冗余：
1.1 光功率计算
在规划DWDM波分系统中，一般情况只测算传输网络相邻的设备之间的功率，而不会测算整个传输网络的功率。在工程设计时，应该对整个链路的光纤损耗进行计算，且考虑波分系统衰耗余量（没有特殊要求的工程一般考虑3dB余量）的情况下。
如图1所示，S为A站的发送参考点，R为B站的接收参考点，R点与S点之间的传输的距离为L，则计算中继段衰耗公式如下：
中继段衰耗（dB）=L（km）×a（dB/km）+b（dB）+3（dB）（1）
其中，a为衰耗系数（dB/km）。b为光纤跳转站点接头损耗。3db为光功率余量。
1.2 色散补偿计算
对于10Gbit/s速率及以下的波分系统，色散主要是指色度色散，因为偏振模色散的影响没有色度色散明显，所以实际工程中主要考虑色度色散的补偿。
色度色散与采用的光缆纤芯材料有关系，目前移动网络主要有G.652和G.655两种纤芯型号，G.652光纤典型色散系数为17ps/nm.km，设计上一般取色散值20ps/nm.km，G.655光纤典型色散系数为4.5ps/nm.km，设计上一般取色散值6ps/nm.km进行计算。
L（DCM）色散补偿距离＝传输距离（L）-光波长转换单板（OTU）色散受限距离＋工程余量（2）
说明：光波长转换单板的色散容限有800ps/nm、400ps/nm，如果系统是采用G.652光纤，则色散受限距离=色散容限800ps/色散系数20ps/nm.km=40KM。
工程余量一般采用欠补偿色散受限距离的一半左右最佳（例如单板色散容限800ps/nm，则余量取值范围对 G.652光纤为：10～30km，对G.655光纤为：38～113km）。
工程上采用色散补偿模块（DCM，一段负色散系数-90ps/nm.km的光纤），添加在站点设备的光放大单板之间。按照OTM站发端预补20Km DCM模块，后续段落100％色散补偿，在OTM站点的收端，根据色散余量的要求进行配置。
1.3 信噪比计算
应用掺铒光纤放大器（EDFA）时引入ASE噪声，波分信号质量降低，从而影响系统接收灵敏度。光放大器级联会引起ASE噪声在接收端累积效果，最终影响OSNR。多个放大器级联后累积ASE噪声的大小与所级联的各个放大器增益和中继段距离衰耗有关。在总长度不变的情况下，多个小增益的中继段级联比少个高增益的中继段级联后的OSNR要好。因此在工程设计时，必须根据实际计算结果采用合适方案，主要设计方法有规则设计法和简易信噪比设计法。在实际工程设计中，在上述两种设计法均不能满足系统OSNR的情况下，需要采用专用计算工具进行计算确定，必须充分考虑系统未来的升级扩容需求。
在波分系统的设计时对光功率、色散补偿和信噪比都考虑了适当的冗余，但是在工程实际当中还是存在一定的偏差，比如光功率，有些段落的光缆衰耗比设计值偏大，衰耗的富余度达不到要求；工程施工时同一段落既有G.652、也有G.655的光纤纤芯，实际使用的纤芯与设计不一致导致色散存在偏差等等。目前的工程验收指标当中并没有对富余度进行测试的要求，要对余量测试也较困难，例如两个OTM复用段全程色散补偿最终的色散余量测试，因两个OTM站点全程的光缆距离较长，普通的色散测试仪表测试距离不超过120KM，不支持带光放大站点的色散测试功能，一般都无法测试全程的色散余量值。
波分系统的质量最终通过误码率指标来反映，在工程验收指标测试中，采用SDH分析仪挂表测试24小时，结果要求无误码。但是该指标只体现了当前波分系统的可用性，不能客观反映系统的冗余度，我们考虑利用传输网管对OTU单板的纠错前误码率性能检测值来衡量波分系统的冗余程度，此法比较方便精确。
FEC纠错前误码率检测技术在ITU-T G.975/709标准进行了规定，目前各厂家的传输网管都支持该功能，实际应用非常简单，在OTM设备连接上网管后，查询该设备的OTU单板FEC纠错前误码率性能，只需幾分钟就可得出结果。
2 利用纠错前误码率指标来衡量波分系统冗余度的实践成果 一干六期工程采用中兴M900波分设备，OTU单板的信噪比门限为18db，在2010年12月工程初验时误码测试及信噪比都达标，系统上业务后，发现广州-昆明W-1的IP承载网电路存在异常瞬断现象，影响业务稳定运行，检查南宁白沙（文山方向）传输网管性能发现OTU单板的纠错前误码率性能检测值偏高，性能值在1E-6左右，部分波道低于1E-5，系统的冗余度不够。
经过现场排查分析，发现存在两个较大的问题，一是南宁白沙-那坡的線路原来是2001年本地网的线路，一干网络建设时利旧原有纤芯，部分线路衰耗较大，超过了设计的估算值。二是德保-田阳、那坡-靖西段落的配置的光放大单板采用的是33dB高增益的放大单板，在线路上收光口加了7dB固定光衰，会降低系统的信噪比指标，即降低了系统的冗余度。我们针对这两个问题作了专项优化工作，通过多次光缆割接，更换因线路中断接头盒较多的光缆段落、排除接头盒封装不好进水导致衰耗大等问题，使纤芯质量达到0.275db/KM的要求，另一方面将田东-田阳、那坡-靖西段落的33dB增益的光放大单板更换为25dB增益的单板，提高系统的信噪比。经过历时半年多的优化割接，南宁白沙（文山方向）的传输网管性能各OTU波道的纠错前误码率性能值全部大于1E-6，平均在1E-8以上，部分波道纠错前误码率为0。
优化后一干六期系统从2011年下半年至今业务一直稳定运行，广州-昆明W-1电路再无瞬断情况出现。
为了保证波分系统建设的冗余度，在后续的工程中我们明确提出将纠错前误码率性能指标作为验收参考指标，各波的性能值必须全部大于1E-6，平均值应在1E-8。2011年7月一干七期工程初验前也发现有两个OTM复用段各波的纠错前误码率性能查询值有部分波道指标低于1E-6，后来核查发现存在两个问题，一是现场使用的纤芯部分段落实际使用的是G.652的纤芯，与设计文件不符，重新更换色散补偿模块后解决。二是部分单板的硬件质量存在问题，通过更换解决。
3 结论
在工程验收工作中，通过创新性的利用传输网管对设备的纠错前误码率性能检测指标来衡量波分系统的冗余度，有效解决了传统波分系统验收指标不足之处。该检查方法所需时间只需几分钟，简单高效，能及时发现波分系统是否存在冗余度不足的问题，施工人员和维护人员通过排查解决影响波分系统的光功率，色散补偿、信噪比、非线性效应及设备硬件质量等原因，确保了波分复用系统的工程建设质量，为业务通信网络安全稳定运行提供了有力的保障。
参考文献：
[1]华为技术有限公司，OptiX BWS 320G设备组网与系统应用，2003年.
[2]YD T 5122-2005长途光缆波分复用（WDM）传输系统工程验收规范，2006年6月.
[3]廖振钦、王静伟，华为技术有限公司，OptiX_WDM_产品FEC功能专题，2007年7月.