一種光纜應急搶修的方法

陳 芳，羅 睿，周 昊，杜 強,4

(1.國家電網(wǎng)公司 信息通信分公司，北京100761；2.北京國電通網(wǎng)絡技術有限公司，北京100071；3.光纖通信技術和網(wǎng)絡國家重點實驗室，武漢430205；4.武漢光迅科技股份有限公司，武漢430205)

一種光纜應急搶修的方法

陳 芳1，羅 睿2，周 昊3，杜 強3,4

(1.國家電網(wǎng)公司 信息通信分公司，北京100761；2.北京國電通網(wǎng)絡技術有限公司，北京100071；3.光纖通信技術和網(wǎng)絡國家重點實驗室，武漢430205；4.武漢光迅科技股份有限公司，武漢430205)

提出了一種針對應急光纜恢復的手持式設備——便攜式光纖放大器（PO A）的設計，基于PO A的系統(tǒng)結構，分析了其工作原理，討論了其設計方法，并通過實驗驗證了其重要性能參數(shù)，為今后PO A在電力系統(tǒng)中的應用提供了參考。

便攜式光纖放大器；應急通信；快速恢復

0 引言

光纖通信是當今信息網(wǎng)絡的重要通信手段，采用波分復用 （Wavelength Division Multiplexing,WDM）技術進行多載波、大容量的通信系統(tǒng)是光通信網(wǎng)的主要現(xiàn)狀。隨著網(wǎng)絡規(guī)模的不斷擴大，大量光纜被部署在各種各樣的復雜環(huán)境中，近年來，因基建施工導致的光纜中斷現(xiàn)象時有發(fā)生，自然災害、人為破壞等現(xiàn)象所帶來的風險也時刻威脅著大容量光纖通信網(wǎng)絡的安全。當光纜發(fā)生中斷時，一般保護方式是切換到備用的光纜資源，在備用光纜上增加光放大和色散補償單元來保證業(yè)務及時恢復。傳統(tǒng)方案是通過在通信機房中安裝光保護及光放大設備來恢復業(yè)務，設備配置繁瑣，在時效性上也很難得到保證。因此，針對大容量的WDM系統(tǒng)而言，一種應急方式的快速光纜搶修設備（Portable Optical Fiber Amplifier,POA）就應運而生。該系統(tǒng)采用增益可變技術的摻鉺光纖放大器（EDFA）和可調色散補償模塊（TDC），具有諸多優(yōu)點：可在線路不同斷點下補償光功率和色散；再生和轉發(fā)OSC信道（1510nm，2M/25M/155M）；針對應急搶修的使用場景，設備在設計時結構緊湊，便攜性強；采用觸摸液晶屏終端交互式菜單，可設置和獲取設備的參數(shù)，方便靈活[1]。以下我們將對其分析并驗證。

1 POA系統(tǒng)原理

POA系統(tǒng)的組成主要有兩大部分：負責增益放大和色散補償?shù)墓夥糯笤O備；WDM及OSC通道再生的設備。每臺POA設備都是一個防震抗摔的手提箱，整個設備內部大致由EDFA、TDC、WDM合分波設備、電源模塊及觸屏操作單元等部件構成，如圖1所示。

本便攜式容災備份設備主要用于WDM系統(tǒng)通信中斷應急搶修，系統(tǒng)采用增益可變技術的EDFA和色散可調技術的TDC，可在線路不同斷點下補償光功率和色散；再生和轉發(fā) OSC信道（1510nm，2M/25M/ 155M），在各種不同線路條件下具有廣泛的適用性；使用220V交流、DC-48V直流或DC+12V供電，彩色液晶面板控制顯示，使用簡便；滿足GB-18899.1-2002《摻鉺光纖放大器/C波段摻鉺光纖放大器》[1]要求。

圖1 POA設備系統(tǒng)框圖

在實際應急搶修時，其具體工作機制如下：東向光纖經過FC法蘭接入到East-in，業(yè)務光和監(jiān)控光經WDM1分開，監(jiān)控光經過OSC1進行再生和放大，業(yè)務光經過EDFA1進行光功率放大，并通過TDC1進行色散補償調整，經過補償放大的業(yè)務光和監(jiān)控光，再經過WDM2合波后經東向光輸出East-out輸出到東向光纖中；西向光纖經過FC法蘭接入到西向光輸入West-in，業(yè)務光和監(jiān)控光經WDM4分開，監(jiān)控光經過OSC2進行再生和放大，業(yè)務光經過EDFA2進行光功率放大，并進入TDC2進行色散補償調整，經過補償放大的業(yè)務光和監(jiān)控光，再經過WDM3進行合波后經東向光輸出West-out輸出到西向光纖中，如圖2所示。

圖2 POA工作流程圖

2 POA系統(tǒng)設計實現(xiàn)及指標

在實現(xiàn)應急鏈路恢復時，除了考慮迂回路徑的光纖長度及兩端接收機的接收閾值外，還需考慮POA設備在備路由上可能存在色散、光功率補償、OSC通道等問題，以及設備介入后引起的光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）。結合上述問題，在本系統(tǒng)設計實現(xiàn)時采用信號放大和增益控制、對接能力、人機界面、OSNR及POA性能參數(shù)指標來規(guī)避和實現(xiàn)。

◆信號放大和增益控制 支持C+波段的滿波配置波分系統(tǒng)主光通道的放大功能，國標規(guī)定波道范圍：191.3～196.0THz，1529.55～1567.13nm。當運行中增加或減少承載的通路數(shù)量時，系統(tǒng)的各項參數(shù)可以進行自動調整，不需要進行其它任何硬件或軟件的改動。該系統(tǒng)具備飽和輸出鎖定能力，最大總輸出光功率限定在20dBm以內。

◆對接能力 POA內部光放發(fā)送和接收的主光通道光信號與DCM完成內部對接，將主光通道信號根據(jù)需要進行功率和色散補償后傳送至下游。波分系統(tǒng)OSC信號一般為2M/25M/155Mb/s@1510±6nm,使用WDM合分波器將OSC光信號和主光通道進行隔離，避免OSC信號被EDFA處理部分直接損耗。為滿足備用路由衰耗較大的場合該系統(tǒng)內部集成有OSC OEO進行光電再生。

◆人機界面 具備彩色液晶屏，可以實現(xiàn)觸摸操作，顯示當前設備的EDFA的輸入光功率、輸出光功率、增益值、色散補償值以及OSC通道的輸入、輸出光功率值等主要信息，也可以設置EDFA的光功率增益值和TDC的色散補償值。

◆OSNR對傳輸系統(tǒng)來說，光放大器會積累ASE噪聲，當噪聲能量與信號能量相當時，接收端無法正確解析信號，導致在原系統(tǒng)中的某段或多段增加POA設備后，會對整個系統(tǒng)的OSNR產生影響。因此，在增加這些設備后必須對系統(tǒng)整體的OSNR進行估算，確保系統(tǒng)能夠工作正常。參考ITU-T G.692[2]規(guī)范，系統(tǒng)輸出的OSNR為：

其中Ps為信號輸入光功率，NFsys為系統(tǒng)總噪聲指數(shù)。

系統(tǒng)無電中繼的最大傳輸距離由接收機最小可接收的信噪比決定，系統(tǒng)介入保護系統(tǒng)后信噪比應保持基本不變。EDFA的噪聲指數(shù)定義為：

其中，HF為放大器噪聲指數(shù)。由式(2)可計算出通過光放大器前后信號的信噪比變化值。

對于級聯(lián)應用的光放大器，可以將級聯(lián)的光放大器光纖段等效成單個光放大器計算，從而可以計算等效光放大器的噪聲指數(shù)NFsys：

其中，NFi、Gi、Li分別為每臺光放大器的噪聲指數(shù)、增益和對應傳輸線路的損耗。

將式(3)代入式(1)即可得到系統(tǒng)的OSNR[3]。

3 POA系統(tǒng)測試性能分析

POA性能參數(shù)如表1所示。為了驗證POA的相關性能，我們選擇的測試線路為某市移動本地網(wǎng)波分系統(tǒng)，主要承載本地骨干層業(yè)務，傳輸設備為華為 OSN6800，80× 10G波分系統(tǒng)。測試是在該段光鏈路上替換掉中間某光放站,實現(xiàn)應急突發(fā)保障。

表1 POA性能參數(shù)

3.1 測試鏈路環(huán)境和測試數(shù)據(jù)

圖3為測試鏈路環(huán)境，圖4和圖5分別為替換前后光功率數(shù)據(jù)對比和替換前后OSNR數(shù)據(jù)對比。通過分析對比光功率和OSNR替換前后的數(shù)據(jù)差值來衡量POA設備能否實現(xiàn)在突發(fā)故障后的快速恢復。

圖3 測試鏈路環(huán)境

圖4 替換前后光功率數(shù)據(jù)對比

圖5 替換前后OSNR數(shù)據(jù)對比

3.2 測試結論

從圖6所示的設備替換前后記錄的業(yè)務性能參數(shù)來看，設備替換后A站和B站的傳輸設備接收端部分波道的光功率略有提升，對應波道的OSNR也有所改善，設備完全滿足系統(tǒng)替換要求。

圖6 POA觸屏顯示圖

4 結束語

POA應急搶修光纜設備作為獨立于原有通信系統(tǒng)的一套系統(tǒng)，以其實時監(jiān)測、迅速搭建備用路由等優(yōu)點可以有效實現(xiàn)對光傳輸線路的應急保護，在我國通信行業(yè)的應用比較廣泛，但目前在電力系統(tǒng)中應用較少。以上我們介紹了POA的原理及應用特點，重點分析了POA系統(tǒng)的性能指標和測試效果。在電力系統(tǒng)對通信要求越來越高的背景下，可以針對性地使用便攜式光放設備以提高網(wǎng)絡安全性能。

[1]戈文,胡強高.微弱光信號檢測系統(tǒng)的研究[J].光通信研究,2013(3):3-4.

[2]ITU-T G.692-1998,Optical interfaces for multichannel systems with optical amplifiers[s].1998.

[3]楊雪,劉學升,欒宏之,等.OLP系統(tǒng)在電力光纖通信中的應用研究[J].電力系統(tǒng)通信,2012(33):56-60.

Method for emergency repair of optical cable

CHEN Fang1,LUO Rui2,ZHOU Hao3,DU Qiang3,4
(1.State Grid Information&Telecommunication Co.,Ltd.,Beijing 100761,China; 2.Beijing Guodian Network Technology Co.,Ltd.,Beijing 100071,China;3.SKL of OCTN, Wuhan 430205,China;4.Accelink Technologies Co.,Ltd.,Wuhan 430205,China)

The design of a portable optical fiber amplifier(POA)for emergency cable repair is proposed.The operating principle is analyzed,and the design method is discussed.The important performance parameters are verified by experiments,which provide a reference for the application of POA in electric power system.

portable optical fiber amplifier（POA）,emergency communication,rapid recovery

TN929.11

A

1002-5561（2016）02-0060-03

10.13921/j.cnki.issn1002-5561.2016.02.018

2015-08-06。

陳芳（1982-），女，高級工程師，副處長，從事電力通信網(wǎng)絡運維和智能電力大數(shù)據(jù)研究工作。