WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)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(hù)測(cè)試要求，包括原理、方法以及儀表和使用注意事項(xiàng)。


　　關(guān)鍵詞　WDM　OA　OSA　OTU


　　一、引言


　　隨著電信業(yè)務(wù)的迅速發(fā)展，對(duì)干線網(wǎng)帶寬的要求也越來(lái)越高，為了適應(yīng)這一需要，多個(gè)運(yùn)營(yíng)商（包括中國(guó)電信、中國(guó)聯(lián)通和中國(guó)網(wǎng)通等）近二三年都在干線上引入了波分復(fù)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(zhǎng)、通路光功率、光信噪比等，這些參數(shù)在過(guò)去并不重要或者并不是一個(gè)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(duì)系統(tǒng)性能有很大影響，而測(cè)試需要引入光譜儀、多波長(zhǎng)計(jì)等一些新的儀表，對(duì)維護(hù)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(chǔ)上，對(duì)WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試的要求、維護(hù)測(cè)試所使用的主要儀表以及維護(hù)測(cè)試注意事項(xiàng)等進(jìn)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(jī)輸出光連接器處光纖上的參考點(diǎn)；RM1……RMn分別是通路1……n的OM/OA（光復(fù)用器/光放大器）的輸入光連接器處光纖上的參考點(diǎn)；MPI-S是OM/OA的輸出光連接器后面光纖上的參考點(diǎn)；S'是線路光放大器的光輸出連接器后面光纖上的參考點(diǎn)；R'是線路光放大器的光輸入連接器前面光纖上的參考點(diǎn)；MPI-R是OA/OD（光放大器/光解復(fù)用器）的輸入光連接器前面光纖上的參考點(diǎn)；SD1……SDn是OA/OD的輸出光連接器處的參考點(diǎn)；R1……Rn位于接收機(jī)光連接器的輸入處。







　　根據(jù)光發(fā)送端是否采用OTU（光波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器）來(lái)看，WDM系統(tǒng)可分為集成式WDM系統(tǒng)和開(kāi)放式WDM系統(tǒng)，集成式WDM系統(tǒng)配置如圖2所示，S點(diǎn)的輸出信號(hào)波長(zhǎng)符合WDM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，不需配置波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器，網(wǎng)上運(yùn)行的Alcatel公司W(wǎng)DM設(shè)備即為這種集成式WDM設(shè)備，在開(kāi)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(jī)，它的輸出信號(hào)波長(zhǎng)在一個(gè)較寬的范圍內(nèi)，經(jīng)過(guò)OTU進(jìn)行波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換之后，S點(diǎn)輸出的也是符合WDM系統(tǒng)要求的標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)。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(shè)備為這種結(jié)構(gòu)，另一種在接收端不使用OTU，如圖3（b），Lucent公司的WDM設(shè)備屬于這種類(lèi)型。







　　對(duì)于集成式WDM系統(tǒng)STM-16的TM、ADM和REG設(shè)備都應(yīng)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(duì)于開(kāi)放式WDM系統(tǒng)（Open WDM System），可以在發(fā)送端采用波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器（OTU）將非規(guī)范的波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)波長(zhǎng)，OTU具有符合G.692的標(biāo)準(zhǔn)接口，而SDH設(shè)備可繼續(xù)使用符合G.957接口的設(shè)備。


　　三、WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試要求


　　1.WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試目的


　　對(duì)WDM系統(tǒng)的測(cè)試旨在測(cè)試驗(yàn)證系統(tǒng)的性能、運(yùn)行情況。在工程應(yīng)用中，根據(jù)測(cè)試目的不同，WDM系統(tǒng)測(cè)試可分為工廠驗(yàn)收測(cè)試、工程驗(yàn)收測(cè)試和維護(hù)測(cè)試。這幾種測(cè)試的測(cè)試項(xiàng)目都不太相同，工廠驗(yàn)收的測(cè)試項(xiàng)目最多最詳盡，工程驗(yàn)收的測(cè)試項(xiàng)目主要關(guān)注的是系統(tǒng)安裝后各個(gè)參考點(diǎn)的光接口特性參數(shù)、系統(tǒng)性能，維護(hù)測(cè)試的項(xiàng)目相對(duì)更少，主要是關(guān)注一些能夠測(cè)試且對(duì)系統(tǒng)性能有較大影響的測(cè)試項(xiàng)目。


　　WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試的目的是在系統(tǒng)開(kāi)通業(yè)務(wù)，不中斷業(yè)務(wù)的情況下利用在線監(jiān)測(cè)等方法對(duì)與系統(tǒng)性能關(guān)系較大的參數(shù)，如中心波長(zhǎng)、光功率、光信噪比等進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)也有部分關(guān)于傳輸性能的測(cè)試，在此基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的運(yùn)行情況有較全面的了解。


　　2.WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試原理的方法


　　在WDM系統(tǒng)的不同參考點(diǎn)可以測(cè)試的參數(shù)是不同的，對(duì)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(cè)端口，可以測(cè)量每通路信號(hào)的光信噪比、中心波長(zhǎng)和光功率（光功率不是一個(gè)絕對(duì)值，而是從主光信號(hào)中分出的一定比例的光信號(hào)）。其他可以進(jìn)行的性能測(cè)試，如誤碼和攔動(dòng)特性等，都需要對(duì)整個(gè)系統(tǒng)測(cè)試。


　　對(duì)WDM系統(tǒng)進(jìn)行在線測(cè)試的基礎(chǔ)WDM系統(tǒng)的電路盤(pán)上留出了專(zhuān)門(mén)的在線監(jiān)測(cè)端口，這些在線監(jiān)測(cè)端口的基本原理如圖4所示。它采用一個(gè)光分路器，從主信號(hào)中分離出某個(gè)百分比的光信號(hào)用于在線監(jiān)測(cè)，分出的信號(hào)功率很小，因此不會(huì)影響主光信號(hào)的進(jìn)一步傳送以及整個(gè)系統(tǒng)的傳輸性能。在WDM系統(tǒng)的在線監(jiān)測(cè)　，端口處可以監(jiān)測(cè)的物理量包括每個(gè)通路的中心波長(zhǎng)、每個(gè)通路的光信噪比、每通路的光功率和總光功率（為一個(gè)相對(duì)量，而非實(shí)際數(shù)值）。








　　根據(jù)廠商資料，在線監(jiān)測(cè)端口分出的光功率約為輸入光功率的1％左右，但這個(gè)比例并不精確，因此在日常維護(hù)測(cè)試時(shí)可得到通路中心波長(zhǎng)和光信噪比的精確值，但測(cè)出的光功率值并不是輸入光信號(hào)光功率的實(shí)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(kāi)始投入運(yùn)行時(shí)在每個(gè)監(jiān)測(cè)端口都測(cè)出一個(gè)光功率的值，作為今后維護(hù)測(cè)試中的基準(zhǔn)，將以后維護(hù)測(cè)試過(guò)程中測(cè)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(cè)試的項(xiàng)目，將使用光譜儀（OSA）、多波長(zhǎng)計(jì)和光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)試，光功率計(jì)可用于測(cè)試信號(hào)的總光功率。光譜儀和多波長(zhǎng)計(jì)都可以用來(lái)測(cè)試每個(gè)通路信號(hào)的中心波長(zhǎng)、光信噪比和光功率，但多波長(zhǎng)計(jì)測(cè)試中心波長(zhǎng)的精度較高，光譜儀測(cè)試每個(gè)通路的光信噪比和光功率的精度較高，在維護(hù)測(cè)試中可根據(jù)現(xiàn)有儀表情況和測(cè)試項(xiàng)目選擇所使用的儀表。


　　3.WDM系統(tǒng)維護(hù)測(cè)試儀表


　　WDM系統(tǒng)的測(cè)試與SDH不同的是增加了一些模擬量的測(cè)試，如中心波長(zhǎng)、每通路光功率、每通路光信噪比和總光功率等。因此，相對(duì)于SDH系統(tǒng)的測(cè)試，需要引進(jìn)一些新的測(cè)試儀表，如光譜儀、多波長(zhǎng)計(jì)等，光功率所測(cè)試的功率范圍已經(jīng)擴(kuò)展到17dB甚至更高。為了測(cè)試合路總光功率，如果使用高功率的光功率計(jì)則無(wú)需使用光衰耗器，直接從儀表上讀數(shù)即為實(shí)際的光功率值，但如果使用低功率的光功率計(jì)則需要在測(cè)試時(shí)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(shí)際的功率值。下面主要對(duì)光譜儀、多波長(zhǎng)計(jì)這些新引入的儀表進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹，實(shí)際的操作和應(yīng)用參見(jiàn)后面的測(cè)試方法。


　　WDM系統(tǒng)測(cè)試儀表有些與常規(guī)SDH系統(tǒng)是相同的，如誤碼儀用于測(cè)量單通路的誤碼性能和抖動(dòng)性能等，示波器用于測(cè)量脈沖眼圖。但是WDM系統(tǒng)的有些測(cè)試項(xiàng)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(zhǎng)計(jì)來(lái)評(píng)估光信號(hào)的質(zhì)量，下面詳細(xì)進(jìn)行介紹。


　�。�1）多波長(zhǎng)計(jì)


　　多波長(zhǎng)計(jì)多采用麥克爾遜干涉儀原理制造，它測(cè)量波長(zhǎng)精度較高，絕對(duì)準(zhǔn)確訂可達(dá)0.005nm。特別適合于測(cè)量波長(zhǎng)間隔小（100GHz或更�。┑拿芗疻DM系統(tǒng)，同時(shí)可以測(cè)量多達(dá)上百個(gè)通路的中心頻率，并且可以測(cè)量波長(zhǎng)漂移。其缺點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍小，測(cè)量OSNR時(shí)精度稍差。但比起光譜分析儀來(lái)體積較小，操作比較方便。


　　在WDM系統(tǒng)中測(cè)量通路中心波長(zhǎng)（頻率）和中心波長(zhǎng)（頻率）偏移時(shí)應(yīng)采用多波長(zhǎng)計(jì)，因它的測(cè)量精度較光譜儀等更高，準(zhǔn)確性較好，而且使用起來(lái)相對(duì)簡(jiǎn)單。在沒(méi)有多波長(zhǎng)計(jì)的情況下也可用光譜儀進(jìn)行替代測(cè)試，但精度將受到一定影響。多波長(zhǎng)計(jì)也可以用來(lái)測(cè)試每個(gè)波長(zhǎng)信號(hào)的光功率及信噪比，但測(cè)試精度較光譜儀低，在沒(méi)有光譜儀的情況下，可作粗略的測(cè)試，了解系統(tǒng)的光功率和光信噪比，但用它來(lái)作精確測(cè)量是不行的。
　�。�2）光譜儀


　　光譜分析儀是在實(shí)驗(yàn)室應(yīng)用較多的儀表，它再現(xiàn)比較早，采用的技術(shù)比較多，有單光柵型、雙光柵型，本來(lái)并不是專(zhuān)為WDM系統(tǒng)設(shè)計(jì)的儀表，WDM系統(tǒng)剛出現(xiàn)時(shí)，多用它測(cè)試光信號(hào)波長(zhǎng)，光信噪比。它的主要特點(diǎn)是動(dòng)態(tài)范圍大，一般廠家可達(dá)70dB；靈敏度好，可以達(dá)到-90dBm；等效噪聲帶寬小，一般小于0.1nm；它比較適合于測(cè)試OSNR，但測(cè)量中心波長(zhǎng)時(shí)精度稍差；體積較大，一般適合在實(shí)驗(yàn)室、機(jī)房，在工程開(kāi)通、驗(yàn)收和維護(hù)中使用。


　　對(duì)各參考點(diǎn)各個(gè)通路信號(hào)光功率、各參考點(diǎn)光信噪比和光放大器各個(gè)波長(zhǎng)的增益系數(shù)和增益平坦度的測(cè)試可以采用光譜分析儀，它在測(cè)量單個(gè)波長(zhǎng)的光功率時(shí)精度較高，而且測(cè)量光信噪比也更準(zhǔn)確，但使用起來(lái)相對(duì)較復(fù)雜，需要設(shè)置的項(xiàng)目多一些，如在測(cè)量OSNR時(shí)需要設(shè)置濾波器的帶寬為0.1nm。


　　在系統(tǒng)測(cè)量中，建議使用光譜儀測(cè)試單通路波長(zhǎng)的光功率和光信噪比，測(cè)量單通路光波長(zhǎng)時(shí)使用多波長(zhǎng)計(jì)的測(cè)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(lái)測(cè)試。


　�。�3）光功率計(jì)


　　光功率計(jì)是光系統(tǒng)的常用測(cè)試儀表，它主要用于測(cè)量某個(gè)波長(zhǎng)區(qū)域內(nèi)的總功率，一般光功率計(jì)都有波長(zhǎng)區(qū)的選擇，在WDM系統(tǒng)的測(cè)試當(dāng)中，波長(zhǎng)區(qū)應(yīng)選擇為1550nm，另外一個(gè)需要注意的問(wèn)題是光功率計(jì)的輸入功率范圍，目前使用的光功率計(jì)大部分是用來(lái)測(cè)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(huì)達(dá)到+14dBm、+17dBm甚至+20dBm，對(duì)于測(cè)量這樣高功率的系統(tǒng)，應(yīng)當(dāng)在測(cè)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(duì)于最大接收光功率較高的光功率計(jì)，如果系統(tǒng)的最大光總功率低于這個(gè)值就可以直接用光功率計(jì)進(jìn)行測(cè)試，而無(wú)需使用光衰耗器。因此，在用光功率計(jì)測(cè)量主光通道的總輸出光功率時(shí)應(yīng)選了解光功率計(jì)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(duì)儀表造成傷害。


　　4.維護(hù)測(cè)試操作注意事項(xiàng)


　　WDM系統(tǒng)由于是多個(gè)波長(zhǎng)復(fù)用的一個(gè)系統(tǒng)，與單個(gè)通路的SDH系統(tǒng)測(cè)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(cè)試過(guò)程中需要注意的問(wèn)題，以避免大功率激光對(duì)人體造成傷害。同時(shí)，WDM系統(tǒng)的另一個(gè)特點(diǎn)是系統(tǒng)中光活動(dòng)連接器的數(shù)目有很多，而光活動(dòng)連接器的清潔程度和每次插拔之后的一致性都會(huì)嚴(yán)重影響系統(tǒng)的性能。我們總結(jié)出在WDM系統(tǒng)測(cè)試中有以下幾個(gè)需要注意的問(wèn)題。


　�。�1）激光的安全性問(wèn)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(zhǎng)開(kāi)滿的情況下，合路光功率已達(dá)到17dBm，32通路WDM系統(tǒng)的合路光功率最高可達(dá)20dBm，如此高的光功率在進(jìn)行維護(hù)時(shí)應(yīng)當(dāng)注意安全性的問(wèn)題。


　　WDM系統(tǒng)本身應(yīng)當(dāng)具有安全保護(hù)措施，即APSD（激光器自動(dòng)關(guān)斷）或APR（光功率自動(dòng)減少）功能，在系統(tǒng)正常應(yīng)用時(shí)，應(yīng)將該功能打開(kāi)，這樣在線路光纖中斷時(shí)合路的光功率會(huì)了長(zhǎng)到一個(gè)安全的功率以下，避免對(duì)人體和光器件等造成傷害。在維護(hù)中若有光纖中斷，應(yīng)避免將光纖斷面對(duì)著人體，以免造成傷害，在部分?jǐn)嗑€路測(cè)試時(shí)也一定要注意。


　　雖然光監(jiān)測(cè)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(duì)著眼睛等人體易受損傷的部位。


　　（2）清潔光活動(dòng)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(duì)光活動(dòng)連接器用于系統(tǒng)連接，在維護(hù)中應(yīng)當(dāng)盡量減少活動(dòng)連接器的插拔，插拔之后一定要保持活動(dòng)連接器的清潔，最好用專(zhuān)用的清潔光纖頭器具來(lái)進(jìn)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(duì)光纖端面造成機(jī)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(cè)試時(shí)應(yīng)當(dāng)注意測(cè)試所用儀表的最大允許輸入光功率，并與要測(cè)的光功率進(jìn)行對(duì)比，如果可能會(huì)超出儀表的最大輸入光功率，在測(cè)試口與儀表之間應(yīng)當(dāng)加入光衰耗器，以免對(duì)儀表造成傷害。


　　（4）注意儀表接地


　　在測(cè)試過(guò)程中將儀表真正地相連，作好儀表接地工作，以保證測(cè)試的準(zhǔn)確性和可靠性。


　　四、結(jié)論


　　WDM系統(tǒng)的維護(hù)測(cè)試主要集中在對(duì)中心波長(zhǎng)、光功率和光信噪比的測(cè)試上，這些參量尤其是光功率和中心波長(zhǎng)在過(guò)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(zhǎng)計(jì)和光譜儀等新儀表，在此進(jìn)行了介紹。


　　WDM系統(tǒng)在骨干網(wǎng)上雖已進(jìn)入大規(guī)模應(yīng)用階段，但在實(shí)際網(wǎng)上使用只有四五年時(shí)間，對(duì)于該系統(tǒng)的維護(hù)測(cè)試也處在起步階段，各方面都在進(jìn)一步探討，試圖采取更有效的措施對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，以便保證系統(tǒng)運(yùn)行，相信隨著使用經(jīng)驗(yàn)的不斷積累，維護(hù)測(cè)試的原理和方法將越來(lái)越完善。


摘自《電信網(wǎng)技術(shù)》2000.12