WDM系統(tǒng)維護測試初探

　　摘要：介紹了WDM系統(tǒng)的基本配置，并著重論述了WDM系統(tǒng)的維護測試要求，包括原理、方法以及儀表和使用注意事項。


　　關鍵詞　WDM　OA　OSA　OTU


　　一、引言


　　隨著電信業(yè)務的迅速發(fā)展，對干線網(wǎng)帶寬的要求也越來越高，為了適應這一需要，多個運營商（包括中國電信、中國聯(lián)通和中國網(wǎng)通等）近二三年都在干線上引入了波分復用（WDM）系統(tǒng)，在以往的SDH系統(tǒng)相比較而言，WDM系統(tǒng)有一些與之不同的特性，如中心波長、通路光功率、光信噪比等，這些參數(shù)在過去并不重要或者并不是一個參數(shù)。但在WDM系統(tǒng)引入之后，這些參數(shù)都是極為重要的，對系統(tǒng)性能有很大影響，而測試需要引入光譜儀、多波長計等一些新的儀表，對維護人員提出了新的要求。本文將在介紹WDM系統(tǒng)基本配置的基礎上，對WDM系統(tǒng)維護測試的要求、維護測試所使用的主要儀表以及維護測試注意事項等進行論述。
　　二、WDM系統(tǒng)的基本配置


　　目前在干線上采用的都是帶有線路光放大器的WDM系統(tǒng)，有線路光放大器系統(tǒng)的參考配置如圖1所示。








　　圖1中，S1……Sn分別是通路1……n在發(fā)射機輸出光連接器處光纖上的參考點；RM1……RMn分別是通路1……n的OM/OA（光復用器/光放大器）的輸入光連接器處光纖上的參考點；MPI-S是OM/OA的輸出光連接器后面光纖上的參考點；S'是線路光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點；R'是線路光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點；MPI-R是OA/OD（光放大器/光解復用器）的輸入光連接器前面光纖上的參考點；SD1……SDn是OA/OD的輸出光連接器處的參考點；R1……Rn位于接收機光連接器的輸入處。







　　根據(jù)光發(fā)送端是否采用OTU（光波長轉換器）來看，WDM系統(tǒng)可分為集成式WDM系統(tǒng)和開放式WDM系統(tǒng)，集成式WDM系統(tǒng)配置如圖2所示，S點的輸出信號波長符合WDM系統(tǒng)的標準波長，不需配置波長轉換器，網(wǎng)上運行的Alcatel公司W(wǎng)DM設備即為這種集成式WDM設備，在開放式WDM系統(tǒng)的發(fā)送端，OTU之前的Tx是常規(guī)的光發(fā)送機，它的輸出信號波長在一個較寬的范圍內(nèi)，經(jīng)過OTU進行波長轉換之后，S點輸出的也是符合WDM系統(tǒng)要求的標準波長。在接收端分為兩種情況，一種是使用接收端的OTU，如圖3（a）所示，NEC公司W(wǎng)DM設備為這種結構，另一種在接收端不使用OTU，如圖3（b），Lucent公司的WDM設備屬于這種類型。







　　對于集成式WDM系統(tǒng)STM-16的TM、ADM和REG設備都應具有符合WDM系統(tǒng)要求的光接口，以滿足8×22dB、5×30dB和3×33dB系統(tǒng)的需要。


　　對于開放式WDM系統(tǒng)（Open WDM System），可以在發(fā)送端采用波長轉換器（OTU）將非規(guī)范的波長轉換為標準波長，OTU具有符合G.692的標準接口，而SDH設備可繼續(xù)使用符合G.957接口的設備。


　　三、WDM系統(tǒng)維護測試要求


　　1.WDM系統(tǒng)維護測試目的


　　對WDM系統(tǒng)的測試旨在測試驗證系統(tǒng)的性能、運行情況。在工程應用中，根據(jù)測試目的不同，WDM系統(tǒng)測試可分為工廠驗收測試、工程驗收測試和維護測試。這幾種測試的測試項目都不太相同，工廠驗收的測試項目最多最詳盡，工程驗收的測試項目主要關注的是系統(tǒng)安裝后各個參考點的光接口特性參數(shù)、系統(tǒng)性能，維護測試的項目相對更少，主要是關注一些能夠測試且對系統(tǒng)性能有較大影響的測試項目。


　　WDM系統(tǒng)維護測試的目的是在系統(tǒng)開通業(yè)務，不中斷業(yè)務的情況下利用在線監(jiān)測等方法對與系統(tǒng)性能關系較大的參數(shù)，如中心波長、光功率、光信噪比等進行測試，同時也有部分關于傳輸性能的測試，在此基礎上對系統(tǒng)的運行情況有較全面的了解。


　　2.WDM系統(tǒng)維護測試原理的方法


　　在WDM系統(tǒng)的不同參考點可以測試的參數(shù)是不同的，對于WDM系統(tǒng)而言，幾乎所有WDM系統(tǒng)產(chǎn)品都在OA的輸入或輸出端口有在線監(jiān)測端口，可以測量每通路信號的光信噪比、中心波長和光功率（光功率不是一個絕對值，而是從主光信號中分出的一定比例的光信號）。其他可以進行的性能測試，如誤碼和攔動特性等，都需要對整個系統(tǒng)測試。


　　對WDM系統(tǒng)進行在線測試的基礎WDM系統(tǒng)的電路盤上留出了專門的在線監(jiān)測端口，這些在線監(jiān)測端口的基本原理如圖4所示。它采用一個光分路器，從主信號中分離出某個百分比的光信號用于在線監(jiān)測，分出的信號功率很小，因此不會影響主光信號的進一步傳送以及整個系統(tǒng)的傳輸性能。在WDM系統(tǒng)的在線監(jiān)測　，端口處可以監(jiān)測的物理量包括每個通路的中心波長、每個通路的光信噪比、每通路的光功率和總光功率（為一個相對量，而非實際數(shù)值）。








　　根據(jù)廠商資料，在線監(jiān)測端口分出的光功率約為輸入光功率的1％左右，但這個比例并不精確，因此在日常維護測試時可得到通路中心波長和光信噪比的精確值，但測出的光功率值并不是輸入光信號光功率的實際數(shù)值，而是分出的一小部分光的功率。因此，建議在系統(tǒng)開始投入運行時在每個監(jiān)測端口都測出一個光功率的值，作為今后維護測試中的基準，將以后維護測試過程中測出的光功率值與之比較就可以大概知道系統(tǒng)光功率的劣化程度。


　　根據(jù)可測試的項目，將使用光譜儀（OSA）、多波長計和光功率計進行測試，光功率計可用于測試信號的總光功率。光譜儀和多波長計都可以用來測試每個通路信號的中心波長、光信噪比和光功率，但多波長計測試中心波長的精度較高，光譜儀測試每個通路的光信噪比和光功率的精度較高，在維護測試中可根據(jù)現(xiàn)有儀表情況和測試項目選擇所使用的儀表。


　　3.WDM系統(tǒng)維護測試儀表


　　WDM系統(tǒng)的測試與SDH不同的是增加了一些模擬量的測試，如中心波長、每通路光功率、每通路光信噪比和總光功率等。因此，相對于SDH系統(tǒng)的測試，需要引進一些新的測試儀表，如光譜儀、多波長計等，光功率所測試的功率范圍已經(jīng)擴展到17dB甚至更高。為了測試合路總光功率，如果使用高功率的光功率計則無需使用光衰耗器，直接從儀表上讀數(shù)即為實際的光功率值，但如果使用低功率的光功率計則需要在測試時串接光衰耗器，將儀表讀數(shù)加上光衰耗器的衰耗值方可獲得實際的功率值。下面主要對光譜儀、多波長計這些新引入的儀表進行簡單的介紹，實際的操作和應用參見后面的測試方法。


　　WDM系統(tǒng)測試儀表有些與常規(guī)SDH系統(tǒng)是相同的，如誤碼儀用于測量單通路的誤碼性能和抖動性能等，示波器用于測量脈沖眼圖。但是WDM系統(tǒng)的有些測試項目與SDH系統(tǒng)不同，這就決定了儀表有其特殊性，如用光譜儀和多波長計來評估光信號的質量，下面詳細進行介紹。


　�。�1）多波長計


　　多波長計多采用麥克爾遜干涉儀原理制造，它測量波長精度較高，絕對準確訂可達0.005nm。特別適合于測量波長間隔�。�100GHz或更�。┑拿芗疻DM系統(tǒng)，同時可以測量多達上百個通路的中心頻率，并且可以測量波長漂移。其缺點是動態(tài)范圍小，測量OSNR時精度稍差。但比起光譜分析儀來體積較小，操作比較方便。


　　在WDM系統(tǒng)中測量通路中心波長（頻率）和中心波長（頻率）偏移時應采用多波長計，因它的測量精度較光譜儀等更高，準確性較好，而且使用起來相對簡單。在沒有多波長計的情況下也可用光譜儀進行替代測試，但精度將受到一定影響。多波長計也可以用來測試每個波長信號的光功率及信噪比，但測試精度較光譜儀低，在沒有光譜儀的情況下，可作粗略的測試，了解系統(tǒng)的光功率和光信噪比，但用它來作精確測量是不行的。
　�。�2）光譜儀


　　光譜分析儀是在實驗室應用較多的儀表，它再現(xiàn)比較早，采用的技術比較多，有單光柵型、雙光柵型，本來并不是專為WDM系統(tǒng)設計的儀表，WDM系統(tǒng)剛出現(xiàn)時，多用它測試光信號波長，光信噪比。它的主要特點是動態(tài)范圍大，一般廠家可達70dB；靈敏度好，可以達到-90dBm；等效噪聲帶寬小，一般小于0.1nm；它比較適合于測試OSNR，但測量中心波長時精度稍差；體積較大，一般適合在實驗室、機房，在工程開通、驗收和維護中使用。


　　對各參考點各個通路信號光功率、各參考點光信噪比和光放大器各個波長的增益系數(shù)和增益平坦度的測試可以采用光譜分析儀，它在測量單個波長的光功率時精度較高，而且測量光信噪比也更準確，但使用起來相對較復雜，需要設置的項目多一些，如在測量OSNR時需要設置濾波器的帶寬為0.1nm。


　　在系統(tǒng)測量中，建議使用光譜儀測試單通路波長的光功率和光信噪比，測量單通路光波長時使用多波長計的測量精度不高，不建議使用，在缺少光譜儀的情況下也可以用它來測試。


　　（3）光功率計


　　光功率計是光系統(tǒng)的常用測試儀表，它主要用于測量某個波長區(qū)域內(nèi)的總功率，一般光功率計都有波長區(qū)的選擇，在WDM系統(tǒng)的測試當中，波長區(qū)應選擇為1550nm，另外一個需要注意的問題是光功率計的輸入功率范圍，目前使用的光功率計大部分是用來測量+10dBm以下的總光功率，而WDM系統(tǒng)主光通道上的總光功率一般會達到+14dBm、+17dBm甚至+20dBm，對于測量這樣高功率的系統(tǒng)，應當在測試端口和儀表之間串接光衰耗器，使得儀表的輸入光功率低于它能夠接收的最大光功率。對于最大接收光功率較高的光功率計，如果系統(tǒng)的最大光總功率低于這個值就可以直接用光功率計進行測試，而無需使用光衰耗器。因此，在用光功率計測量主光通道的總輸出光功率時應選了解光功率計的最大接收光功率和系統(tǒng)主光通道上的最大光功率值，以決定是否需要采用光衰耗器，避免對儀表造成傷害。


　　4.維護測試操作注意事項


　　WDM系統(tǒng)由于是多個波長復用的一個系統(tǒng)，與單個通路的SDH系統(tǒng)測試中的主要差別是線路上的光功率有大幅度提高，這是在測試過程中需要注意的問題，以避免大功率激光對人體造成傷害。同時，WDM系統(tǒng)的另一個特點是系統(tǒng)中光活動連接器的數(shù)目有很多，而光活動連接器的清潔程度和每次插拔之后的一致性都會嚴重影響系統(tǒng)的性能。我們總結出在WDM系統(tǒng)測試中有以下幾個需要注意的問題。


　�。�1）激光的安全性問題


　　WDM系統(tǒng)的部分8通路系統(tǒng)和所有16通路系統(tǒng)將所有波長開滿的情況下，合路光功率已達到17dBm，32通路WDM系統(tǒng)的合路光功率最高可達20dBm，如此高的光功率在進行維護時應當注意安全性的問題。


　　WDM系統(tǒng)本身應當具有安全保護措施，即APSD（激光器自動關斷）或APR（光功率自動減少）功能，在系統(tǒng)正常應用時，應將該功能打開，這樣在線路光纖中斷時合路的光功率會了長到一個安全的功率以下，避免對人體和光器件等造成傷害。在維護中若有光纖中斷，應避免將光纖斷面對著人體，以免造成傷害，在部分斷線路測試時也一定要注意。


　　雖然光監(jiān)測口輸出的光功率在人體安全范圍之內(nèi)，但最好不要將連接器的輸出端對著眼睛等人體易受損傷的部位。


　　（2）清潔光活動連接器


　　在WDM系統(tǒng)中，OTU輸入輸出、合波器和分波器的輸入輸出都有多對光活動連接器用于系統(tǒng)連接，在維護中應當盡量減少活動連接器的插拔，插拔之后一定要保持活動連接器的清潔，最好用專用的清潔光纖頭器具來進行清潔工作，如果使用棉花蘸酒精的方法清潔光纖頭，一定要注意用力均勻，避免對光纖端面造成機械損傷，影響系統(tǒng)性能。


　　（3）注意儀表的輸入光功率允許范圍


　　前面提到WDM系統(tǒng)的合路光功率非常大，在測試時應當注意測試所用儀表的最大允許輸入光功率，并與要測的光功率進行對比，如果可能會超出儀表的最大輸入光功率，在測試口與儀表之間應當加入光衰耗器，以免對儀表造成傷害。


　�。�4）注意儀表接地


　　在測試過程中將儀表真正地相連，作好儀表接地工作，以保證測試的準確性和可靠性。


　　四、結論


　　WDM系統(tǒng)的維護測試主要集中在對中心波長、光功率和光信噪比的測試上，這些參量尤其是光功率和中心波長在過去的SDH系統(tǒng)中并不是重要參數(shù)。因此，在使用的儀表方面還增加了多波長計和光譜儀等新儀表，在此進行了介紹。


　　WDM系統(tǒng)在骨干網(wǎng)上雖已進入大規(guī)模應用階段，但在實際網(wǎng)上使用只有四五年時間，對于該系統(tǒng)的維護測試也處在起步階段，各方面都在進一步探討，試圖采取更有效的措施對系統(tǒng)進行測試，以便保證系統(tǒng)運行，相信隨著使用經(jīng)驗的不斷積累，維護測試的原理和方法將越來越完善。


摘自《電信網(wǎng)技術》2000.12