電力通信網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)研究與實(shí)踐

李黎 陳燦 陳彥宇

摘 ?要： 電力通信網(wǎng)普遍應(yīng)用OTN網(wǎng)絡(luò)，OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)對(duì)電網(wǎng)安全生產(chǎn)起到重要作用，通過(guò)不斷研究、實(shí)踐，確立OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行四要素：光功率、色散、光信噪比、非線性效應(yīng)，從這四個(gè)方面結(jié)合OTN網(wǎng)絡(luò)主要性能參數(shù)指標(biāo)，對(duì)網(wǎng)絡(luò)維護(hù)進(jìn)行深入研究，探索OTN系統(tǒng)多波平坦度維護(hù)要點(diǎn)，放大器標(biāo)稱參數(shù)優(yōu)化，線路調(diào)整對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)影響情況。

關(guān)鍵詞： OTN;電力通信網(wǎng);光信噪比;色散;非線性效應(yīng);平坦度

中圖分類號(hào)： TN914 ? ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.024

本文著錄格式：李黎，陳燦，陳彥宇，等. 電力通信網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)研究與實(shí)踐[J]. 軟件，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

近年來(lái)，大容量光傳輸通信[1-3]在電力系統(tǒng)普 遍應(yīng)用，它為電網(wǎng)企業(yè)信息化提供基礎(chǔ)，是現(xiàn)代 ? 化企業(yè)探索“大云物移”等前沿技術(shù)的重要保障手段[4-10]。整個(gè)電力通信網(wǎng)發(fā)展從無(wú)到有，從小到大，從單一的電力線載波通信手段到現(xiàn)在OTN大容量骨干傳輸網(wǎng)絡(luò)，電力通信網(wǎng)在電網(wǎng)安全生產(chǎn)運(yùn)行過(guò)程中起到越來(lái)越重要的作用。

電力通信網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)迅速發(fā)展、規(guī)模擴(kuò)大也給運(yùn)維人員帶來(lái)了越來(lái)越多的壓力。與傳統(tǒng)的SDH網(wǎng)絡(luò)不通，OTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)光功率、色散等指標(biāo)要求更高。在實(shí)際運(yùn)維工作中，線路的遷改、網(wǎng)絡(luò)擴(kuò)容等常見(jiàn)

情況有可能對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)造成較大影響，運(yùn)維人員要不斷計(jì)算各段光路性能指標(biāo)、反復(fù)調(diào)整波道平坦情況，以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)始終處于最優(yōu)狀態(tài)。

本文研究了電力通信網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)要素，從眾多網(wǎng)絡(luò)參數(shù)、指標(biāo)中提煉出影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的關(guān)鍵技術(shù)，結(jié)合實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，總結(jié)出電力通信網(wǎng)OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的主要方法。

1 ?OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行要素

OTN即光傳輸網(wǎng)絡(luò)，是以波分復(fù)用技術(shù)為基礎(chǔ)，電力通信網(wǎng)采用DWDM即密集波分復(fù)用技術(shù)。在OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行過(guò)程中，光功率、色散、光信噪比、非線性效應(yīng)是影響網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的四大要素。

1.1 ?光功率

光功率在OTN系統(tǒng)中是重要參數(shù)指標(biāo)，影響系統(tǒng)運(yùn)行的多個(gè)方面。光功率用于確定再生段距離，對(duì)光功率計(jì)算的過(guò)程實(shí)際上就是配置放大器的過(guò)程。發(fā)送端的光功率滿足入纖光功率要求，接收端的光功率滿足接收機(jī)工作范圍。在OTN系統(tǒng)中，線路光纖、光模塊以及光器件等引入的功率損耗需要通過(guò)光放大器（摻鉺光纖放大器或拉曼放大器）進(jìn)行功率補(bǔ)償。在網(wǎng)絡(luò)維護(hù)時(shí)，應(yīng)該計(jì)算整個(gè)鏈路的光纖損耗，并考慮系統(tǒng)余量（工程沒(méi)有特殊要求時(shí)考慮3dB余量）的情況下，核查放大器增益，然后再根據(jù)色散補(bǔ)償模塊的配置情況進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

1.2 ?色散

由于光纖中所傳信號(hào)的不同頻率成分，或信號(hào)能量的各種模式成分，在傳輸過(guò)程中，因群速度不同互相散開(kāi)，引起傳輸信號(hào)波形失真，脈沖展寬的物理現(xiàn)象稱為色散。OTN系統(tǒng)中，在沒(méi)有色散補(bǔ)償?shù)那闆r下，每一個(gè)再生中繼段都應(yīng)該小于色散受限距離。如果再生段大于色散受限距離，應(yīng)該進(jìn)行色散補(bǔ)償。色散受限距離（km）=色散容限（ps/nm）/色散系數(shù)（ps/nm.km），色散容限值取決于激光器（光源），不同速率、不同質(zhì)量的光源有不同的色散容限值;色散系數(shù)取決于光纖。

目前，現(xiàn)網(wǎng)通常采用對(duì)應(yīng)G.652（SMF）光纖和G.655（LEAF/TRUEWAVE）光纖的兩種類型DCM模塊。G.652單模光纖（SMF）的典型色散系數(shù)為17ps/nm.km，但是在將OTU色散容限轉(zhuǎn)換為色散受限距離時(shí)需取光纖的色散值20ps/nm.km。G.655單模光纖的典型色散系數(shù)為4.5ps/nm.km，但是在將OTU色散容限轉(zhuǎn)換為色散受限距離時(shí)需取光纖的色散值6ps/nm.km。

需要說(shuō)明一點(diǎn)，在采用相干接收技術(shù)的40G/ 100G OTN系統(tǒng)中，無(wú)需配置色散補(bǔ)償模塊。相干系統(tǒng)采用相干接收技術(shù)，提升CD、PMD及OSNR容限，提升系統(tǒng)傳輸能力，達(dá)到與10G網(wǎng)絡(luò)相當(dāng)?shù)膫鬏斝阅?。相干接收技術(shù)，利用相同頻率的本振 ? 激光器與接收光信號(hào)進(jìn)行相干，從接收信號(hào)中恢 ?復(fù)幅度、相位及偏振狀態(tài)信息。同時(shí)，相干系統(tǒng) ? ?利用高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換（ADC）和數(shù)字信號(hào)處理（DSP）技術(shù)，補(bǔ)償線路中的色散和PMD。相對(duì)于傳統(tǒng)的非相干接收系統(tǒng)，相干系統(tǒng)極大提升了色散容限和PMD容限，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)千公里無(wú)色散補(bǔ)償傳輸，降低光纖線路傳輸延遲，提供大容量低時(shí)延傳輸能力。

1.3 ?光信噪比

光信噪比，即OSNR（Optical Signal to Noise Ratio），是衡量OTN系統(tǒng)性能最重要的指標(biāo)。光信噪比是指?jìng)鬏旀溌分械男盘?hào)光功率與噪聲光功率的比值。即OSNR（dB）=10xlg（P信號(hào)（mW）/P噪聲（mW））=P信號(hào)（dBm）-P噪聲（dBm）。當(dāng)光信噪比降低到一定程度后將嚴(yán)重危害系統(tǒng)的性能值。對(duì)于多個(gè)級(jí)聯(lián)線路光放大器的OTN系統(tǒng)，采用光放大器對(duì)線路損耗進(jìn)行功率補(bǔ)償，會(huì)引入放大器輻射噪聲，而噪聲的光功率主要來(lái)自放大器的自發(fā)輻射噪聲的累積，進(jìn)而引起光信噪比降低，傳輸性能劣化。

在OTN網(wǎng)絡(luò)中，光信噪比的降低主要是因?yàn)楦鱾€(gè)光放單元會(huì)引入ASE噪聲。線路上引入的噪聲在規(guī)劃時(shí)可以忽略。在光線路上，信號(hào)和噪聲的光功率都會(huì)由于光纖的衰減而降低。如圖所示，各個(gè)光放引入的噪聲相同，但經(jīng)過(guò)第一級(jí)光放后信噪比下降最大。

1.4 ?非線性效應(yīng)

非線性效應(yīng)是指強(qiáng)光作用下由于介質(zhì)的非線性極化而產(chǎn)生的效應(yīng)，包括光學(xué)諧波，倍頻，受激拉曼散射，雙光子吸收，飽和吸收，自聚焦，自散焦等。從本質(zhì)上講，所有介質(zhì)都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現(xiàn)出來(lái)。當(dāng)光纖的入纖功率不大時(shí)，光纖呈現(xiàn)線性特征，當(dāng)光放大器和高功率激光器在光纖通信系統(tǒng)中使用后，光纖的非線性特征愈來(lái)愈顯著。主要原因是在單模光纖內(nèi)的光信號(hào)被約束的模場(chǎng)內(nèi)，而單模光纖有效面積非常?。ㄈ鏕.652光纖的有效面積大約為80 mm2），因而光功率密度非常高，低損耗又使得高光功率可以維持很長(zhǎng)的距離。

2 ?OTN網(wǎng)絡(luò)維護(hù)

2.1 ?概述

OTN網(wǎng)絡(luò)維護(hù)要綜合考慮上述四要素，不斷優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、參數(shù)，對(duì)于發(fā)現(xiàn)的缺陷、隱患進(jìn)行及時(shí)消缺，防止網(wǎng)絡(luò)帶病運(yùn)行。這里結(jié)合運(yùn)維實(shí)踐，從多波平坦度、放大器標(biāo)稱參數(shù)、線路側(cè)調(diào)整對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)影響等角度探討OTN網(wǎng)絡(luò)維護(hù)。

2.2 ?OTN網(wǎng)絡(luò)多波平坦度維護(hù)

OTN網(wǎng)絡(luò)對(duì)多波平坦度有很高要求，要調(diào)整各波光功率、光信噪比，使差值在4 dB范圍內(nèi)。

根據(jù)實(shí)際維護(hù)網(wǎng)絡(luò)情況，如圖2所示系統(tǒng)，A、B之間為40波系統(tǒng)，開(kāi)通8波，平均光功率在1.7 dBm，平均OSNR在27.5 dB。其中第5波光功率為1.1 dBm，OSNR為27.4 dB，第4波光功率為1.2 dBm，OSNR為27.5 dB，第6波光功率為1.3 dBm，OSNR為27.7 dB詳見(jiàn)圖3。

調(diào)整第5波光功率至7.3 dBm，第4、6波無(wú)法檢測(cè)到，如圖4所示。

調(diào)整第5波光功率至3.7，第4、6波可檢測(cè)到，光功率降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

根據(jù)以上實(shí)際測(cè)試情況可見(jiàn)，OTN網(wǎng)絡(luò)40波系統(tǒng)單波光功率增加會(huì)對(duì)相鄰波道光功率、OSNR產(chǎn)生影響，超過(guò)一定門(mén)限，將使相鄰波道光功率低至無(wú)法檢測(cè)，業(yè)務(wù)中斷。接近門(mén)限時(shí)，相鄰波道光功率受影響降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

目前根據(jù)實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，將各波差值門(mén)限設(shè)置在4 dB，基本可以保證不影響相鄰波道性能指標(biāo)。

2.3 ?放大器標(biāo)稱光功率維護(hù)

維護(hù)光放大板輸入光功率，使光放大板光口的輸入單波平均光功率盡量調(diào)整到光放大板典型單波輸入光功率。并且保證大于和小于這個(gè)典型光功率的波數(shù)大致相等。

光放大板輸入端未接入可調(diào)衰減器前，如果輸入單波平均光功率高于典型單波輸入光功率，則在光放大板輸入端需增加可調(diào)衰減器并對(duì)其進(jìn)行調(diào)節(jié)，使輸入單波平均光功率達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)。光放大板輸入端未接入可調(diào)衰減器前，如果輸入單波平均光功率低于典型單波輸入光功率，則不需要增加可調(diào)衰減器。

對(duì)于光放大板，通過(guò)設(shè)置增益，保證各增益下的單波平均輸出光功率等于單波最大輸出標(biāo)稱光功率。增益值=單波最大輸出標(biāo)稱光功率-單波平均輸入光功率。設(shè)置增益后，用光譜分析儀檢測(cè)單波平均輸出光功率是否在標(biāo)稱光功率上下0.5 dBm范圍內(nèi)，如果超過(guò)這個(gè)范圍還需要對(duì)設(shè)置的增益值進(jìn)行微調(diào)。允許偏差±0.5 dBm。

2.4 ?線路調(diào)整情況下OTN網(wǎng)絡(luò)維護(hù)

在OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維過(guò)程，因線路調(diào)整，例如光纜遷改、站點(diǎn)搬遷、線路迂回等情況，都需要考慮OTN網(wǎng)絡(luò)相關(guān)光路性能指標(biāo)，對(duì)參數(shù)、配套板卡進(jìn)行調(diào)整，以符合線路改變后的實(shí)際需要。我們建議這部分工作在線路調(diào)整設(shè)計(jì)階段就要考慮進(jìn)去，但實(shí)際運(yùn)維過(guò)程中，還是有很多工作要在維護(hù)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)解決。

線路調(diào)整后除了要對(duì)光放大器標(biāo)稱光功率進(jìn)行相應(yīng)調(diào)整、對(duì)各波平坦度進(jìn)行檢驗(yàn)，還應(yīng)考慮線路帶來(lái)的色散變化（非相干系統(tǒng)），這里面要從兩個(gè)方面分析，一是線路光纜型號(hào)不變，距離增加或減少，這樣色散補(bǔ)償?shù)木嚯x也要隨之調(diào)整;二是線路光纜型號(hào)改變，這種情況下色散補(bǔ)償板卡型號(hào)也要做相應(yīng)改變。

除了色散變化帶來(lái)的影響，還要考慮光纜型號(hào)變化對(duì)入纖光功率要求，防止產(chǎn)生非線性效應(yīng)。

在線路調(diào)整完成，光路恢復(fù)后，應(yīng)觀察線路板收光情況，并查看糾錯(cuò)前、糾錯(cuò)后誤碼。保證糾錯(cuò)前后無(wú)誤碼。

3 ?結(jié)論

本文介紹了OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)技術(shù)，根據(jù)實(shí)際運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)，研究了OTN網(wǎng)絡(luò)主要影響因素，并對(duì)各性能參數(shù)進(jìn)行詳細(xì)分析，總結(jié)出OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維的要點(diǎn)。本文沒(méi)有對(duì)常見(jiàn)告警處理進(jìn)行介紹，告警信息因廠家而異，可參考各家產(chǎn)品手冊(cè)，但OTN網(wǎng)絡(luò)性能指標(biāo)、關(guān)鍵參數(shù)是通用的，本文可對(duì)OTN網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維工作起到一定指導(dǎo)作用。

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