陳 芳，羅 睿，周 昊，杜 強(qiáng),4

(1.國(guó)家電網(wǎng)公司 信息通信分公司，北京100761；2.北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京100071；3.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(yīng)急搶修的方法

陳 芳1，羅 睿2，周 昊3，杜 強(qiáng)3,4

(1.國(guó)家電網(wǎng)公司 信息通信分公司，北京100761；2.北京國(guó)電通網(wǎng)絡(luò)技術(shù)有限公司，北京100071；3.光纖通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)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(duì)應(yīng)急光纜恢復(fù)的手持式設(shè)備——便攜式光纖放大器（PO A）的設(shè)計(jì)，基于PO A的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，分析了其工作原理，討論了其設(shè)計(jì)方法，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了其重要性能參數(shù)，為今后PO A在電力系統(tǒng)中的應(yīng)用提供了參考。

便攜式光纖放大器；應(yīng)急通信；快速恢復(fù)

0 引言

光纖通信是當(dāng)今信息網(wǎng)絡(luò)的重要通信手段，采用波分復(fù)用 （Wavelength Division Multiplexing,WDM）技術(shù)進(jìn)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(luò)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，大量光纜被部署在各種各樣的復(fù)雜環(huán)境中，近年來(lái)，因基建施工導(dǎo)致的光纜中斷現(xiàn)象時(shí)有發(fā)生，自然災(zāi)害、人為破壞等現(xiàn)象所帶來(lái)的風(fēng)險(xiǎn)也時(shí)刻威脅著大容量光纖通信網(wǎng)絡(luò)的安全。當(dāng)光纜發(fā)生中斷時(shí)，一般保護(hù)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(bǔ)償單元來(lái)保證業(yè)務(wù)及時(shí)恢復(fù)。傳統(tǒng)方案是通過(guò)在通信機(jī)房中安裝光保護(hù)及光放大設(shè)備來(lái)恢復(fù)業(yè)務(wù)，設(shè)備配置繁瑣，在時(shí)效性上也很難得到保證。因此，針對(duì)大容量的WDM系統(tǒng)而言，一種應(yīng)急方式的快速光纜搶修設(shè)備（Portable Optical Fiber Amplifier,POA）就應(yīng)運(yùn)而生。該系統(tǒng)采用增益可變技術(shù)的摻鉺光纖放大器（EDFA）和可調(diào)色散補(bǔ)償模塊（TDC），具有諸多優(yōu)點(diǎn)：可在線路不同斷點(diǎn)下補(bǔ)償光功率和色散；再生和轉(zhuǎn)發(fā)OSC信道（1510nm，2M/25M/155M）；針對(duì)應(yīng)急搶修的使用場(chǎng)景，設(shè)備在設(shè)計(jì)時(shí)結(jié)構(gòu)緊湊，便攜性強(qiáng)；采用觸摸液晶屏終端交互式菜單，可設(shè)置和獲取設(shè)備的參數(shù)，方便靈活[1]。以下我們將對(duì)其分析并驗(yàn)證。

1 POA系統(tǒng)原理

POA系統(tǒng)的組成主要有兩大部分：負(fù)責(zé)增益放大和色散補(bǔ)償?shù)墓夥糯笤O(shè)備；WDM及OSC通道再生的設(shè)備。每臺(tái)POA設(shè)備都是一個(gè)防震抗摔的手提箱，整個(gè)設(shè)備內(nèi)部大致由EDFA、TDC、WDM合分波設(shè)備、電源模塊及觸屏操作單元等部件構(gòu)成，如圖1所示。

本便攜式容災(zāi)備份設(shè)備主要用于WDM系統(tǒng)通信中斷應(yīng)急搶修，系統(tǒng)采用增益可變技術(shù)的EDFA和色散可調(diào)技術(shù)的TDC，可在線路不同斷點(diǎn)下補(bǔ)償光功率和色散；再生和轉(zhuǎn)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(jiǎn)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(shè)備系統(tǒng)框圖

在實(shí)際應(yīng)急搶修時(shí)，其具體工作機(jī)制如下：東向光纖經(jīng)過(guò)FC法蘭接入到East-in，業(yè)務(wù)光和監(jiān)控光經(jīng)WDM1分開(kāi)，監(jiān)控光經(jīng)過(guò)OSC1進(jìn)行再生和放大，業(yè)務(wù)光經(jīng)過(guò)EDFA1進(jìn)行光功率放大，并通過(guò)TDC1進(jìn)行色散補(bǔ)償調(diào)整，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償放大的業(yè)務(wù)光和監(jiān)控光，再經(jīng)過(guò)WDM2合波后經(jīng)東向光輸出East-out輸出到東向光纖中；西向光纖經(jīng)過(guò)FC法蘭接入到西向光輸入West-in，業(yè)務(wù)光和監(jiān)控光經(jīng)WDM4分開(kāi)，監(jiān)控光經(jīng)過(guò)OSC2進(jìn)行再生和放大，業(yè)務(wù)光經(jīng)過(guò)EDFA2進(jìn)行光功率放大，并進(jìn)入TDC2進(jìn)行色散補(bǔ)償調(diào)整，經(jīng)過(guò)補(bǔ)償放大的業(yè)務(wù)光和監(jiān)控光，再經(jīng)過(guò)WDM3進(jìn)行合波后經(jīng)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(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)及指標(biāo)

在實(shí)現(xiàn)應(yīng)急鏈路恢復(fù)時(shí)，除了考慮迂回路徑的光纖長(zhǎng)度及兩端接收機(jī)的接收閾值外，還需考慮POA設(shè)備在備路由上可能存在色散、光功率補(bǔ)償、OSC通道等問(wèn)題，以及設(shè)備介入后引起的光信噪比（Optical Signal Noise Ratio，OSNR）。結(jié)合上述問(wèn)題，在本系統(tǒng)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)時(shí)采用信號(hào)放大和增益控制、對(duì)接能力、人機(jī)界面、OSNR及POA性能參數(shù)指標(biāo)來(lái)規(guī)避和實(shí)現(xiàn)。

◆信號(hào)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(guó)標(biāo)規(guī)定波道范圍：191.3～196.0THz，1529.55～1567.13nm。當(dāng)運(yùn)行中增加或減少承載的通路數(shù)量時(shí)，系統(tǒng)的各項(xiàng)參數(shù)可以進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整，不需要進(jìn)行其它任何硬件或軟件的改動(dòng)。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(nèi)。

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

◆人機(jī)界面 具備彩色液晶屏，可以實(shí)現(xiàn)觸摸操作，顯示當(dāng)前設(shè)備的EDFA的輸入光功率、輸出光功率、增益值、色散補(bǔ)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(shè)置EDFA的光功率增益值和TDC的色散補(bǔ)償值。

◆OSNR對(duì)傳輸系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，光放大器會(huì)積累ASE噪聲，當(dāng)噪聲能量與信號(hào)能量相當(dāng)時(shí)，接收端無(wú)法正確解析信號(hào)，導(dǎo)致在原系統(tǒng)中的某段或多段增加POA設(shè)備后，會(huì)對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的OSNR產(chǎn)生影響。因此，在增加這些設(shè)備后必須對(duì)系統(tǒng)整體的OSNR進(jìn)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(hào)輸入光功率，NFsys為系統(tǒng)總噪聲指數(shù)。

系統(tǒng)無(wú)電中繼的最大傳輸距離由接收機(jī)最小可接收的信噪比決定，系統(tǒng)介入保護(hù)系統(tǒng)后信噪比應(yīng)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(jì)算出通過(guò)光放大器前后信號(hào)的信噪比變化值。

對(duì)于級(jí)聯(lián)應(yīng)用的光放大器，可以將級(jí)聯(lián)的光放大器光纖段等效成單個(gè)光放大器計(jì)算，從而可以計(jì)算等效光放大器的噪聲指數(shù)NFsys：

其中，NFi、Gi、Li分別為每臺(tái)光放大器的噪聲指數(shù)、增益和對(duì)應(yīng)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(cè)試性能分析

POA性能參數(shù)如表1所示。為了驗(yàn)證POA的相關(guān)性能，我們選擇的測(cè)試線路為某市移動(dòng)本地網(wǎng)波分系統(tǒng)，主要承載本地骨干層業(yè)務(wù)，傳輸設(shè)備為華為 OSN6800，80× 10G波分系統(tǒng)。測(cè)試是在該段光鏈路上替換掉中間某光放站,實(shí)現(xiàn)應(yīng)急突發(fā)保障。

表1 POA性能參數(shù)

3.1 測(cè)試鏈路環(huán)境和測(cè)試數(shù)據(jù)

圖3為測(cè)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(duì)比和替換前后OSNR數(shù)據(jù)對(duì)比。通過(guò)分析對(duì)比光功率和OSNR替換前后的數(shù)據(jù)差值來(lái)衡量POA設(shè)備能否實(shí)現(xiàn)在突發(fā)故障后的快速恢復(fù)。

圖3 測(cè)試鏈路環(huán)境

圖4 替換前后光功率數(shù)據(jù)對(duì)比

圖5 替換前后OSNR數(shù)據(jù)對(duì)比

3.2 測(cè)試結(jié)論

從圖6所示的設(shè)備替換前后記錄的業(yè)務(wù)性能參數(shù)來(lái)看，設(shè)備替換后A站和B站的傳輸設(shè)備接收端部分波道的光功率略有提升，對(duì)應(yīng)波道的OSNR也有所改善，設(shè)備完全滿足系統(tǒng)替換要求。

圖6 POA觸屏顯示圖

4 結(jié)束語(yǔ)

POA應(yīng)急搶修光纜設(shè)備作為獨(dú)立于原有通信系統(tǒng)的一套系統(tǒng)，以其實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)、迅速搭建備用路由等優(yōu)點(diǎn)可以有效實(shí)現(xiàn)對(duì)光傳輸線路的應(yīng)急保護(hù)，在我國(guó)通信行業(yè)的應(yīng)用比較廣泛，但目前在電力系統(tǒng)中應(yīng)用較少。以上我們介紹了POA的原理及應(yīng)用特點(diǎn)，重點(diǎn)分析了POA系統(tǒng)的性能指標(biāo)和測(cè)試效果。在電力系統(tǒng)對(duì)通信要求越來(lái)越高的背景下，可以針對(duì)性地使用便攜式光放設(shè)備以提高網(wǎng)絡(luò)安全性能。

[1]戈文,胡強(qiáng)高.微弱光信號(hào)檢測(cè)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(xué)升,欒宏之,等.OLP系統(tǒng)在電力光纖通信中的應(yīng)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(jí)工程師，副處長(zhǎng)，從事電力通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)維和智能電力大數(shù)據(jù)研究工作。