封雙榮

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0 引言

無(wú)源波分系統(tǒng)因具備大量節(jié)約接入層光纜資源、降低5G 基站光纜配套建設(shè)成本、充分利用現(xiàn)有光纜資源快速完成5G 基站建設(shè)等優(yōu)勢(shì)，已經(jīng)大范圍部署用于解決5G 前傳承載需求。本文在此基礎(chǔ)上，提出將無(wú)源波分系統(tǒng)應(yīng)用范圍進(jìn)一步擴(kuò)大，在城域網(wǎng)中應(yīng)用推廣，用于解決OLT、匯聚交換機(jī)等設(shè)備的上行接入需求，以達(dá)到節(jié)約主干光纜的目的。[1]

本文將無(wú)源波分系統(tǒng)的傳輸性能與現(xiàn)網(wǎng)使用光模塊性能、建設(shè)成本作對(duì)比，通過(guò)理論測(cè)算，從技術(shù)和經(jīng)濟(jì)性角度論證在城域網(wǎng)中應(yīng)用無(wú)源波分系統(tǒng)的可行性。并在實(shí)驗(yàn)環(huán)境和現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境中，分別測(cè)試無(wú)源波分系統(tǒng)光模塊與城域網(wǎng)設(shè)備的適配性，以及實(shí)際帶業(yè)務(wù)鏈路傳輸質(zhì)量，檢驗(yàn)方案的可行性。

1 目標(biāo)應(yīng)用范圍

目前在現(xiàn)網(wǎng)中OLT 至DCSW 之間，DCSW 至MSE 之間，均是通過(guò)雙纖雙向光模塊構(gòu)成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接。隨著對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全性要求的提升，OLT-DCSW、DCSW-MSE 均要求雙規(guī)接入，這消耗了大量的主干纖芯，給光纜網(wǎng)造成巨大壓力。因此計(jì)劃在OLTDCSW、DCSW-MSE 之間引入無(wú)源波分系統(tǒng)，在合適的位置插入無(wú)源波分復(fù)用器和解復(fù)用器，將承載網(wǎng)絡(luò)從原有的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)結(jié)構(gòu)變成多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的啞鈴型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，從而達(dá)到節(jié)省主干光纜的目的[2]。具體網(wǎng)絡(luò)拓?fù)鋱D結(jié)構(gòu)示意圖如圖1 所示。

圖1 測(cè)試系統(tǒng)拓?fù)涫疽鈭D

本次實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行測(cè)試的無(wú)源波分系統(tǒng)是電信運(yùn)營(yíng)商集采入圍廠家的成熟產(chǎn)品，其產(chǎn)品已經(jīng)在5G前傳中大量應(yīng)用。測(cè)試的產(chǎn)品包括彩光模塊、1 ∶12的復(fù)用/解復(fù)用器。選測(cè)的無(wú)源波分系統(tǒng)工作波長(zhǎng)應(yīng)符合《粗波分復(fù)用（CWDM）系統(tǒng)技術(shù)要求》規(guī)范要求。城域網(wǎng)設(shè)備選擇現(xiàn)網(wǎng)應(yīng)用量較大的主流廠家的主要設(shè)備類型，包括OLT、DCSW、MSE 等關(guān)鍵設(shè)備。

2 理論測(cè)算分析

根據(jù)《粗波分復(fù)用（CWDM）系統(tǒng)技術(shù)要求》規(guī)范及電信運(yùn)營(yíng)商無(wú)源波分設(shè)備招標(biāo)技術(shù)規(guī)范書(shū)中的參數(shù)要求，無(wú)源波分光模塊分中距和長(zhǎng)距兩種，中距光模塊典型傳輸距離為10km，長(zhǎng)距為15km。參考最壞值計(jì)算法計(jì)算光模塊之間所允許的最大線路衰耗（以下簡(jiǎn)稱IL）。[3]

最壞值計(jì)算公式：IL=Ps-Pr-Pp-C-Mc

Ps：壽命終了最小平均發(fā)送功率

Pr：壽命終了最差接收靈敏度

Pp：光通道代價(jià)

C：所有活動(dòng)連接器衰減之和

Mc：光纜富裕度

由于本次論證的是在不改變?cè)泄饫|資源條件的情況下，使用無(wú)源波分系統(tǒng)的替代原有光接入系統(tǒng)的可能性，因此C、Mc 值可默認(rèn)為不變。與現(xiàn)有的傳輸鏈路相比，無(wú)源波分系統(tǒng)在線路中引入了無(wú)源的復(fù)用/解復(fù)用器，因此在線路中引入了額外的衰耗（以下簡(jiǎn)稱為Ca）。通過(guò)計(jì)算比較原白光系統(tǒng)的Ps-Pr-Pp 值與無(wú)源波分系統(tǒng)Ps-Pr-Pp-Ca 之間值的大小，即可初步判斷在傳送距離上無(wú)源波分系統(tǒng)能否替代原有光模塊。

根據(jù)技術(shù)規(guī)范書(shū)要求，相關(guān)設(shè)備無(wú)源波分系統(tǒng)中距光模塊最大平均發(fā)送光功率+5.0dBm，最小平均發(fā)送光功率-1.0dBm，最大平均接收靈敏度-14.0dBm。長(zhǎng)距光模塊最大平均發(fā)送光功率+5.0dBm，最小平均發(fā)送光功率-1.0dBm，最大平均接收靈敏度-20.0dBm。10GE 彩光光模塊Pp 典型值取2.5dBm。

表1 復(fù)用/解復(fù)用器插入損耗典型值

從表1 可以看出，理論上因?yàn)橐霟o(wú)源波分系統(tǒng)的復(fù)用/解復(fù)用器而造成的插損Ca 為1.5dB～5.0dB。

用最壞值計(jì)算法計(jì)算，若使用10km 光模塊，Ps 為-1.0dBm，Pr 為-14.0dBm，Pp 為2.5dB，Ca為5.OdB，則Ps-Pr-Pp-Ca 計(jì)算值為5.5dB。同理，若使用長(zhǎng)距15km 光模塊，則Ps-Pr-Pp-Ca 計(jì)算值為11.5dB。

OLT 設(shè)備上行10GE 普通光模塊的光參數(shù)如表2 所示。

表2 OLT 上行光模塊性能參數(shù)

同樣使用最壞值法計(jì)算可以得出，10km 光模塊Ps-Pr-Pp 值為2.1dB，40km 光模塊Ps-Pr-Pp 值為9.4dB。

經(jīng)比較發(fā)現(xiàn)，無(wú)源波分系統(tǒng)10km 光模塊和15km 光模塊允許的線路衰耗均大于現(xiàn)用的10km 普通白光模塊，中距的甚至超過(guò)了白光40km 光模塊。從理論計(jì)算推論出，用無(wú)源波分系統(tǒng)替代現(xiàn)有的普通白光模塊，在光模塊的性能參數(shù)上是具備一定可能性的。

3 測(cè)試驗(yàn)證

測(cè)試分為設(shè)備兼容性測(cè)試和帶業(yè)務(wù)測(cè)試兩種場(chǎng)景。設(shè)備兼容性測(cè)試是在實(shí)驗(yàn)環(huán)境下，將集采主流廠家無(wú)源波分系統(tǒng)的彩光模塊與現(xiàn)網(wǎng)城域網(wǎng)設(shè)備進(jìn)行匹配，測(cè)試彩光模塊與現(xiàn)網(wǎng)設(shè)備的匹配情況，以及匹配后其主要性能參數(shù)與標(biāo)稱值之間的差異。帶業(yè)務(wù)測(cè)試則是通過(guò)實(shí)驗(yàn)室搭建的平臺(tái)上模擬加載業(yè)務(wù)，并將現(xiàn)網(wǎng)正在工作中的2 端城域網(wǎng)設(shè)備OLT 與DCSW 之間點(diǎn)對(duì)點(diǎn)光傳輸系統(tǒng)替換成無(wú)源波分系統(tǒng)的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)光傳輸系統(tǒng)，并通過(guò)對(duì)其承載業(yè)務(wù)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，以檢驗(yàn)無(wú)源波分系統(tǒng)是否會(huì)影響既有業(yè)務(wù)的承載。

3.1 設(shè)備兼容性測(cè)試

3.1.1 彩光模塊跟OLT 設(shè)備的兼容性測(cè)試

選擇現(xiàn)網(wǎng)中使用規(guī)模較大的2 個(gè)廠家，各自選擇2 個(gè)使用量較大的設(shè)備型號(hào)，加載無(wú)源波分系統(tǒng)光模塊進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表3 所示。

表3 彩光模塊與OLT 設(shè)備兼容性測(cè)試

從測(cè)試數(shù)據(jù)看，無(wú)源波分系統(tǒng)的彩光模塊在不同的波長(zhǎng)段，與參與測(cè)試的兩個(gè)廠家的OLT 設(shè)備之間兼容性良好，且彩光模塊的發(fā)射功率均在-1dB～5dB 之間，符合規(guī)范要求。

3.1.2 彩光模塊跟匯聚設(shè)備的兼容性測(cè)試

選擇現(xiàn)網(wǎng)中使用規(guī)模較大的2 個(gè)廠家的匯聚交換機(jī)進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表4 所示。

表4 彩光模塊與匯聚設(shè)備兼容性測(cè)試

從測(cè)試情況看，無(wú)源波分系統(tǒng)的彩光模塊與參與測(cè)試其中1個(gè)匯聚交換機(jī)廠家的設(shè)備匹配度良好，且彩光模塊的發(fā)射功率符合規(guī)范要求，而與另一個(gè)廠家的設(shè)備之間出現(xiàn)了不兼容的情況。

3.1.3 彩光模塊跟MSE 設(shè)備的兼容性測(cè)試

選擇現(xiàn)網(wǎng)中使用規(guī)模較大的3 個(gè)廠家的MSE設(shè)備進(jìn)行測(cè)試，測(cè)試結(jié)果如表5 所示。

表5 彩光模塊與MSE 設(shè)備兼容性測(cè)試

從測(cè)試數(shù)據(jù)看，無(wú)源波分系統(tǒng)的彩光模塊在不同的波長(zhǎng)段，與參與測(cè)試的三個(gè)廠家的MSE 設(shè)備之間兼容性良好，且彩光模塊的發(fā)射功率符合規(guī)范要求。

3.1.4 復(fù)用/解復(fù)用器插損測(cè)試

選擇已經(jīng)集采入圍，并在5G 建設(shè)中廣泛使用的廠家的復(fù)用/解復(fù)用器，成對(duì)連接好進(jìn)行測(cè)試，分別在輸入、輸出端測(cè)試光功率，測(cè)試結(jié)果如表6 所示。

表6 復(fù)用/解復(fù)用器加入衰耗測(cè)試結(jié)果表

測(cè)試數(shù)據(jù)表明復(fù)用/解復(fù)用器引入的插入損耗基本在規(guī)范允許的范圍之內(nèi)。

3.2 帶業(yè)務(wù)測(cè)試

3.2.1 實(shí)驗(yàn)環(huán)境IP 中繼鏈路加載測(cè)試

在實(shí)驗(yàn)室模擬OLT 至匯聚交換機(jī)場(chǎng)景，上行鏈路加載在無(wú)源波分系統(tǒng)上，通過(guò)測(cè)試業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)傳送正常，對(duì)所帶的ITV 4K 業(yè)務(wù)抓包測(cè)試，各參數(shù)指標(biāo)正常，無(wú)數(shù)據(jù)丟包。

3.2.2 現(xiàn)網(wǎng)環(huán)境鏈路測(cè)試

將現(xiàn)網(wǎng)中WTC 匯聚機(jī)房的OLT 設(shè)備和ZYM綜合機(jī)房匯聚交換機(jī)之間的六條鏈路，替換成無(wú)源波分系統(tǒng)進(jìn)行承載。通過(guò)測(cè)試發(fā)現(xiàn)LACP 正常，與鏈路組內(nèi)端口流量分擔(dān)正常，但有一條鏈路有CRC緩慢正常。

3.3 測(cè)試結(jié)論

從測(cè)試情況看，無(wú)源波分系統(tǒng)與大部分廠家的城域網(wǎng)設(shè)備之間兼容性良好，用彩光模塊代替原有10GE 光模塊，鏈路工作基本正常。因此從性能上看，用無(wú)源波分系統(tǒng)替代原有系統(tǒng)是具有一定可能性的。但也有少數(shù)城域網(wǎng)設(shè)備廠家的設(shè)備與彩光模塊兼容性不好，需要進(jìn)行升級(jí)。

4 經(jīng)濟(jì)性分析

隨著運(yùn)營(yíng)商在5G 前傳中大量應(yīng)用無(wú)源波分系統(tǒng)，無(wú)源波分系統(tǒng)的器件集采價(jià)格也大幅下降，使得該系統(tǒng)具有良好的經(jīng)濟(jì)性?，F(xiàn)以O(shè)LT 至DCSW之間需要3 對(duì)10GE 上行鏈路，接入距離3km 的情況為例，進(jìn)行接入成本的測(cè)算比較，比較結(jié)果如表7 所示。

表7 接入成本測(cè)算對(duì)比表

通過(guò)比較可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場(chǎng)上的普通光模塊價(jià)格和彩光模塊價(jià)格基本相當(dāng)，而復(fù)用/解復(fù)用器價(jià)格僅為主干光纜芯千米造價(jià)的1/3 左右，在整個(gè)系統(tǒng)中成本占比很小，節(jié)省的主干光纜資源全是節(jié)約的建設(shè)成本。在這個(gè)例子中，兩個(gè)系統(tǒng)的接入成本差異達(dá)到了4567 元。所以無(wú)源波分系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的接入方式，在成本上具有明顯的優(yōu)勢(shì)。[4]

5 工程應(yīng)用中的問(wèn)題

雖然在理論上可行，但在測(cè)試過(guò)程中，尤其是現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試中發(fā)現(xiàn)，要想使用無(wú)源波分系統(tǒng)，還需解決以下幾個(gè)工程問(wèn)題：

（1）彩光模塊的在線管理能力開(kāi)發(fā)。需要將光模塊虛擬成網(wǎng)元納入現(xiàn)有設(shè)備維護(hù)管理系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線可視化的資源管理，這需要在現(xiàn)有的設(shè)備網(wǎng)管系統(tǒng)中進(jìn)行開(kāi)發(fā)[5]。

（2）與部分設(shè)備的兼容問(wèn)題。在測(cè)試中發(fā)現(xiàn)的與個(gè)別廠家設(shè)備不兼容的問(wèn)題，需要協(xié)調(diào)還不兼容的城域網(wǎng)設(shè)備廠家進(jìn)行設(shè)備軟件版本的開(kāi)發(fā)和升級(jí)。

（3）與現(xiàn)有資源管理系統(tǒng)的對(duì)接。多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的邏輯結(jié)構(gòu)相較于現(xiàn)在的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)要更加復(fù)雜，管理難度必然更大。這其中包括幾個(gè)方面的問(wèn)題，一是如何實(shí)現(xiàn)在線資源配置；二是現(xiàn)有的OSS 系統(tǒng)如何去適應(yīng)新的多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，從而實(shí)現(xiàn)光路的自動(dòng)派單。這都就需要去探索，并對(duì)現(xiàn)有的OSS 系統(tǒng)進(jìn)行開(kāi)發(fā)。

（4）安裝維護(hù)習(xí)慣。由于無(wú)源波分系統(tǒng)的安裝維護(hù)較傳統(tǒng)光模塊復(fù)雜，彩光模塊類型多，且必須成對(duì)匹配，跳纖變復(fù)雜，這些都要求維護(hù)人員要有更強(qiáng)的專業(yè)技能。

（5）無(wú)源波分系統(tǒng)自身產(chǎn)品質(zhì)量。在5G 前傳剛大規(guī)模應(yīng)用之初，曾出現(xiàn)無(wú)源波分系統(tǒng)大面積故障的問(wèn)題，給建設(shè)維護(hù)帶來(lái)巨大困擾。因此提高產(chǎn)品自身的穩(wěn)定性、可靠性，降低設(shè)備故障率，才能給用戶帶來(lái)信心。

6 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)理論探究、實(shí)驗(yàn)環(huán)境測(cè)試和現(xiàn)網(wǎng)測(cè)試，證明在城域網(wǎng)中引入無(wú)源波分系統(tǒng)在技術(shù)上和經(jīng)濟(jì)上均是可行的。運(yùn)營(yíng)商可以結(jié)合現(xiàn)網(wǎng)資源情況，在主干光纜纖芯資源比較緊張的段落，可以適當(dāng)引入無(wú)源波分系統(tǒng)進(jìn)行試點(diǎn)。并在試用過(guò)程中同步摸索資源管理和配置的方式方法，需做好支撐系統(tǒng)的配套開(kāi)發(fā)升級(jí)，以支撐無(wú)源波分系統(tǒng)更加復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)和資源使用維護(hù)要求。