秦 蒙,陳凌希,李 宏,何建森,甘性偉

(1.重慶電力高等?？茖W(xué)校,重慶 400053;2.國網(wǎng)重慶市電力公司合川供電分公司,重慶 401520)

0 引言

隨著世界通信技術(shù)的迅速發(fā)展,光纖通信憑借著通信容量大、抗干擾能力強、傳輸速度快等優(yōu)點逐漸發(fā)展成為目前最主要的通信方式之一,并廣泛應(yīng)用于電力、軍事、電信、工業(yè)控制等領(lǐng)域[1]。特別是近年來,隨著5G技術(shù)及物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等通信業(yè)務(wù)的快速增長,各類組網(wǎng)方式對光纖資源需求量與日俱增,導(dǎo)致現(xiàn)有光纖資源無法滿足其需求。特別是在電力系統(tǒng)中,伴隨“三型兩網(wǎng)”的推廣與應(yīng)用,通信業(yè)務(wù)快速增長,當前組網(wǎng)方式已經(jīng)不能充分滿足業(yè)務(wù)對電力通信網(wǎng)絡(luò)的實際需求。而現(xiàn)有的解決方法往往是為新增業(yè)務(wù)鋪設(shè)光纖,但是這種方法會導(dǎo)致整個項目周期變長,也會帶來投資和運營成本增高等問題。因此,當前迫切需要一套運行穩(wěn)定、成本可控、靈活部署且便于維護的光纖智能倍增系統(tǒng)來完成對通信系統(tǒng)的擴容與管理,進一步提高光纖通信系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸能力[2]。

1 系統(tǒng)工作原理

本文設(shè)計的基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)可以將 155 M/s～11.3 Gbit/s 速率范圍內(nèi)任意協(xié)議的業(yè)務(wù)信號進行光-電-光(Optical Electric Optical,OEO)放大,并轉(zhuǎn)換成符合密集光波復(fù)用(Dense Wavelength Division Multiplexing,DWDM)/稀疏波分復(fù)用(Coarse Wavelength Division Multiplexing,CWDM)標準的波長,從而為城域網(wǎng)/傳輸網(wǎng)以及接入網(wǎng)提供光纖資源迅速倍增提供可能,可有效解決運營商城域網(wǎng)、接入網(wǎng)新建業(yè)務(wù)時光纖資源不足等問題。通過該系統(tǒng)點對點的快速部署實現(xiàn)纖芯的快速擴容,從而大大提高光纖纖芯使用效率,最大限度地減少對纖芯資源占用[3-4]。

基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)通常包含兩套光纖倍增裝置,如圖1所示,發(fā)送端的光倍增設(shè)備通過OEO的轉(zhuǎn)換原理使光信號再生,不僅可以實現(xiàn)光信號的再生放大,還可以把光通路信號的非標稱波長轉(zhuǎn)換成符合國際電信聯(lián)盟電信標準分局(International Telecommunication Union Telecommunic-ation Standardization Sector,ITU-T)建議G.692 規(guī)定的標稱光波長,然后通過合波將多路信號合為一路信號進行傳輸;接收端的光倍增設(shè)備再結(jié)束到發(fā)送端發(fā)送的光信號之后,先由分波器將一路光信號還原為多路信號,然后再通過波長轉(zhuǎn)化模塊將其還原G.957非標稱光信號。除此之外,系統(tǒng)還包括光放大器(含BA、LA、PA)及光監(jiān)控信道等[5-6]。

系統(tǒng)中各模塊具體作用如下:

(1)波長轉(zhuǎn)換器:將G.957光信號通過光/電(O/E)轉(zhuǎn)換,然后對電信號進行整形,定時提取和數(shù)據(jù)再生,最后再進行電光(E/O)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換成波長、色散、發(fā)光功率均滿足G.692規(guī)范要求的光信號,同時做到兼容155 M～10 G速率的光接口業(yè)務(wù)。

(2)光合波器(光復(fù)用器):在發(fā)送端,把具有標稱波長的各復(fù)用通路光信號合成為一束光波,然后輸入到光纖中進行傳輸,完成對G.692固定波長光信號的合波,即對光波起復(fù)用作用。

(3)分波器(光解復(fù)用器):在接收端,把來自光纖的光波分解成的標稱波長的各復(fù)用光通路信號,然后分別輸入到相應(yīng)的各光通路接收機中,完成對G.692固定波長光信號的分波,即對光波起解復(fù)用作用。

(4)光放大器:系統(tǒng)中的光放大器主要包含光功率放大器(BA)、光線路放大器(LA)和光前置放大器(PA)。主要是對復(fù)用后的光信號進行放大,使WDM系統(tǒng)能進行超長距離傳輸。

(5)光監(jiān)控信道:光監(jiān)控信道往往獨立于主光通道,是監(jiān)視、控制和管理光倍增設(shè)備的通道,其工作波長一般為1 510 nm,信號速率為2.048 Mb/s。主要負責(zé)整個光纖倍增系統(tǒng)的管理和監(jiān)控,包括對EDFA的狀態(tài)進行監(jiān)控,使網(wǎng)絡(luò)管理系統(tǒng)能有效地對光纖倍增系統(tǒng)進行管理,從而實現(xiàn)公務(wù)聯(lián)絡(luò)。

在骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)及接入網(wǎng)等各類應(yīng)用場景中,基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)可快速實現(xiàn)纖芯資源的倍增,從而進一步提高各類應(yīng)用場景下的光纖利用效率。

2 系統(tǒng)主要功能

基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)利用光-電-光的轉(zhuǎn)換原理實現(xiàn)光信號的再生、放大和波長轉(zhuǎn)換,通過配合粗/密集波分復(fù)用(C/DWDM)合解波器可實現(xiàn)波分復(fù)用傳輸。該系統(tǒng)在發(fā)送端將不同業(yè)務(wù)光信號進行合波,然后合波信號通過一根光纖便可以進行信號傳輸,接收端在接收到合波信號后進行解波并傳輸至對應(yīng)業(yè)務(wù)設(shè)備,從而有效節(jié)省光纖資源,該系統(tǒng)可為光纖中繼和光纖資源緊缺的傳輸線路提供快捷、低成本的傳輸方案。其具體功能主要包含以下4個方面。

(1)基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)通過光/電(O/E)轉(zhuǎn)換、電信號整形、定時提取、數(shù)據(jù)再生及電光(E/O)轉(zhuǎn)換等一系列技術(shù)手段,將G.957非標稱光信號轉(zhuǎn)換成波長、色散、發(fā)光功率均滿足G.692規(guī)范要求的標稱光信號,同時,做到兼容155 M～10 G速率的光接口業(yè)務(wù)。

(2)基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)將波分復(fù)用技術(shù)(WDM)應(yīng)用于光纖資源優(yōu)化,將多個不同波長的光載波信號在發(fā)送端經(jīng)合波器(MUX)復(fù)用在一起,并耦合到光線路的同一條光纖中進行傳輸。在接收端,經(jīng)解波器(DEMUX)將各種波長的光載波解復(fù)用,然后由光接收機作進一步處理以恢復(fù)原信號,可同時兼容目前主流SDH設(shè)備和數(shù)通設(shè)備的光接口。

(3)基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)通過利用光纖的低損耗波段來增加系統(tǒng)光纖的傳輸容量,使一對光纖傳送信息的物理限度增加至數(shù)倍。此外,系統(tǒng)還允許在線路中間增加或刪減信道。同時,在對原有系統(tǒng)進行細微改動的情況下,通過不同波段波長的提取使用,便可輕松實現(xiàn)多個單向信號或雙向信號的快速傳送。

(4)基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)采用先進的動態(tài)同步切換光開關(guān)技術(shù),可為光纖線路提供斷路保護功能,進一步提升光纖線路的安全性。當光傳輸線路上光纖損耗變大或意外折斷而導(dǎo)致通信質(zhì)量下降或通信中斷時,系統(tǒng)會根據(jù)智能故障安全檢測倒換機制,在極短時間內(nèi)自動地將光傳輸線路由在用路由切換至備用路由,從而保證通信線路的正常工作,將光纖故障恢復(fù)時間從數(shù)小時壓縮至毫秒級。

3 系統(tǒng)測試

3.1 系統(tǒng)合解波設(shè)備通道插入損耗測試

為了測試光纖倍增系統(tǒng)的合解波設(shè)備通道插入損耗是否符合要求,首先,將DWDM穩(wěn)定光源直接接到光功率計(Optical Power Meter,OPM)上,同時測試DWDM穩(wěn)定光源的光功率值并記錄;然后,如圖2所示連接好相應(yīng)的設(shè)備,將待測設(shè)備的輸出口依次接入光功率計并記錄各個輸出端口的光功率值;最后,用未接入待測設(shè)備時的測試結(jié)果與接入測試設(shè)備后的測得結(jié)果相減,查看二者的差值是否符合測試要求。

圖2 光纖倍增系統(tǒng)合解波設(shè)備通道插入損耗測試

3.2 系統(tǒng)輸出光功率測試

為了測試光纖倍增系統(tǒng)的輸出光功率是否符合要求,首先,如圖3所示將OPM(光功率計)接口與系統(tǒng)光模塊Tx口相連;同時將光功率計設(shè)置到正確的波長范圍和單位,并讀取光功率計上顯示的待測設(shè)備光模塊的輸出光功率;然后,將讀取的數(shù)值與光模塊標準參數(shù)進行比較,以此判斷系統(tǒng)的輸出功率是否滿足要求;最后,重復(fù)以上步驟,直至所有光模塊測試完成。

圖3 光纖倍增系統(tǒng)輸出光功率測試

3.3 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試

為了測試光纖倍增系統(tǒng)的穩(wěn)定性是否符合要求,首先,如圖4所示連接所有設(shè)備;其次,使用誤碼儀發(fā)送要求測試的業(yè)務(wù)類型;最后,調(diào)節(jié)誤碼儀無誤碼后持續(xù)運行,72 h后觀察系統(tǒng)的誤碼情況。

圖4 光纖倍增系統(tǒng)交叉轉(zhuǎn)發(fā)模式

此外,系統(tǒng)還進行了DWDM模塊Tx口發(fā)光波長精度測試、光模塊Rx口接收靈敏度測試等。完成了與華為、中興及華三等廠家各類光接口的業(yè)務(wù)對接測試、電源1+1保護測試及光口線路1∶1保護測試等。測試結(jié)果顯示,光纖倍增系統(tǒng)所有模塊的性能均能滿足行業(yè)標準,系統(tǒng)保護倒換也無誤碼產(chǎn)生,且倒換時間不超過1.8 ms。

4 系統(tǒng)創(chuàng)新點

本文設(shè)計的基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng),具有穩(wěn)定性好、功耗低、抗干擾能力強等優(yōu)點,在光纖通信中有著廣闊的市場前景。發(fā)送端先將不同業(yè)務(wù)光信號進行合波,然后通過一根光纖進行傳輸。接收端在接收到信號后先進行解波,然后將各業(yè)務(wù)波傳輸至對應(yīng)的業(yè)務(wù)設(shè)備,從而有效提高光纖資源的利用率,特別適用于GE、STM-1～16、SDH、以太網(wǎng)等光通信系統(tǒng)。其創(chuàng)新點可歸納為以下幾點。

(1)系統(tǒng)主要采用目前較為成熟的波長轉(zhuǎn)換技術(shù)和波分復(fù)用技術(shù)完成設(shè)計,通過測試,整個系統(tǒng)運行順暢且成熟可靠。

(2)系統(tǒng)按照運營商和其他專網(wǎng)行業(yè)使用標準進行設(shè)計,能很好地兼容華為、中興及H3C等廠家的主流設(shè)備,能完全滿足155 M、622 M、1.25 G、2.5 G及10 G的接口場景,具有較好的兼容性。

(3)系統(tǒng)主要采用無源波分設(shè)備進行搭建,制造成本低,與傳統(tǒng)的光纖鋪設(shè)相比,極大地節(jié)省了建設(shè)投資成本。

(4)系統(tǒng)采用標準機箱尺寸進行設(shè)計,整套設(shè)備小巧輕便,可廣泛應(yīng)用于各種復(fù)雜的環(huán)境,并且具有易安裝、易維護等優(yōu)點。

(5)系統(tǒng)采用先進的動態(tài)同步切換光開關(guān)技術(shù),當光傳輸線路出現(xiàn)故障時,能在極短的時間內(nèi)自動地切換至備用線路,從而保證了通信線路的正常工作,具有極強的線路保護能力。

(6)在各類應(yīng)用場景中,直接增配該套光纖倍增系統(tǒng)可使傳送距離為80 km以上,此外,還可以通過外置光路子系統(tǒng)進一步增加系統(tǒng)的傳輸距離。

5 結(jié)語

基于波分復(fù)用技術(shù)的光纖倍增系統(tǒng)是專為城域網(wǎng)/傳輸網(wǎng)以及接入網(wǎng)光纖資源迅速倍增設(shè)計,通過點對點的快速部署實現(xiàn)纖芯的快速擴容,進一步提升光纜纖芯的使用效率。系統(tǒng)通過光-電-光(OEO模式)的轉(zhuǎn)換原理實現(xiàn)光信號的再生放大和波長轉(zhuǎn)換,通過配合粗/密集波分復(fù)用合解波器實現(xiàn)信號復(fù)用傳輸,可將多路業(yè)務(wù)纖芯合波為一路纖芯進行傳輸,從而為骨干網(wǎng)、本地網(wǎng)及接入網(wǎng)各種應(yīng)用場景中的纖芯資源倍增提供可能。此外,在實際應(yīng)用場景中,還可以通過增加光路子系統(tǒng)來延伸倍增設(shè)備線路側(cè)的傳輸距離,以適應(yīng)超長距離傳輸通道應(yīng)用場景,滿足通信骨干網(wǎng)中長距離傳輸?shù)男枨?為光纖中繼和光纖資源緊缺的傳輸線路提供快捷、低成本的傳輸方案。