電力通信網OTN網絡運行維護研究與實踐

李黎 陳燦 陳彥宇

摘 ?要： 電力通信網普遍應用OTN網絡，OTN網絡運行維護對電網安全生產起到重要作用，通過不斷研究、實踐，確立OTN網絡運行四要素：光功率、色散、光信噪比、非線性效應，從這四個方面結合OTN網絡主要性能參數指標，對網絡維護進行深入研究，探索OTN系統多波平坦度維護要點，放大器標稱參數優化，線路調整對OTN網絡影響情況。

關鍵詞： OTN;電力通信網;光信噪比;色散;非線性效應;平坦度

中圖分類號： TN914 ? ?文獻標識碼： A ? ?DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2019.04.024

本文著錄格式：李黎，陳燦，陳彥宇，等. 電力通信網OTN網絡運行維護研究與實踐[J]. 軟件，2019，40（4）：112-115

【Abstract】： The OTN network is widely used in power communication networks. The operation and maintenance of OTN networks plays an important role in the safe production of power grids. Through continuous research and practice， four elements of OTN network operation are established： optical power， dispersion， optical signal-to-noise ratio， and nonlinear effects. Four aspects combine the main performance parameter indicators of OTN network to conduct in-depth research on network maintenance， explore the multi-wave flatness maintenance points of OTN system， optimize the nominal parameters of the amplifier， and influence the line adjustment on the OTN network.

【Key words】： OTN; Power communication network;OSNR; Dispersion; Nonlinear effect; Flatness

0 ?引言

近年來，大容量光傳輸通信[1-3]在電力系統普 遍應用，它為電網企業信息化提供基礎，是現代 ? 化企業探索“大云物移”等前沿技術的重要保障手段[4-10]。整個電力通信網發展從無到有，從小到大，從單一的電力線載波通信手段到現在OTN大容量骨干傳輸網絡，電力通信網在電網安全生產運行過程中起到越來越重要的作用。

電力通信網OTN網絡迅速發展、規模擴大也給運維人員帶來了越來越多的壓力。與傳統的SDH網絡不通，OTN網絡對光功率、色散等指標要求更高。在實際運維工作中，線路的遷改、網絡擴容等常見

情況有可能對OTN網絡造成較大影響，運維人員要不斷計算各段光路性能指標、反復調整波道平坦情況，以保證整個網絡始終處于最優狀態。

本文研究了電力通信網OTN網絡運行維護要素，從眾多網絡參數、指標中提煉出影響網絡運行的關鍵技術，結合實際運維經驗，總結出電力通信網OTN網絡運維的主要方法。

1 ?OTN網絡運行要素

OTN即光傳輸網絡，是以波分復用技術為基礎，電力通信網采用DWDM即密集波分復用技術。在OTN網絡運行過程中，光功率、色散、光信噪比、非線性效應是影響網絡運行的四大要素。

1.1 ?光功率

光功率在OTN系統中是重要參數指標，影響系統運行的多個方面。光功率用于確定再生段距離，對光功率計算的過程實際上就是配置放大器的過程。發送端的光功率滿足入纖光功率要求，接收端的光功率滿足接收機工作范圍。在OTN系統中，線路光纖、光模塊以及光器件等引入的功率損耗需要通過光放大器（摻鉺光纖放大器或拉曼放大器）進行功率補償。在網絡維護時，應該計算整個鏈路的光纖損耗，并考慮系統余量（工程沒有特殊要求時考慮3dB余量）的情況下，核查放大器增益，然后再根據色散補償模塊的配置情況進行適當調整。

1.2 ?色散

由于光纖中所傳信號的不同頻率成分，或信號能量的各種模式成分，在傳輸過程中，因群速度不同互相散開，引起傳輸信號波形失真，脈沖展寬的物理現象稱為色散。OTN系統中，在沒有色散補償的情況下，每一個再生中繼段都應該小于色散受限距離。如果再生段大于色散受限距離，應該進行色散補償。色散受限距離（km）=色散容限（ps/nm）/色散系數（ps/nm.km），色散容限值取決于激光器（光源），不同速率、不同質量的光源有不同的色散容限值;色散系數取決于光纖。

目前，現網通常采用對應G.652（SMF）光纖和G.655（LEAF/TRUEWAVE）光纖的兩種類型DCM模塊。G.652單模光纖（SMF）的典型色散系數為17ps/nm.km，但是在將OTU色散容限轉換為色散受限距離時需取光纖的色散值20ps/nm.km。G.655單模光纖的典型色散系數為4.5ps/nm.km，但是在將OTU色散容限轉換為色散受限距離時需取光纖的色散值6ps/nm.km。

需要說明一點，在采用相干接收技術的40G/ 100G OTN系統中，無需配置色散補償模塊。相干系統采用相干接收技術，提升CD、PMD及OSNR容限，提升系統傳輸能力，達到與10G網絡相當的傳輸性能。相干接收技術，利用相同頻率的本振 ? 激光器與接收光信號進行相干，從接收信號中恢 ?復幅度、相位及偏振狀態信息。同時，相干系統 ? ?利用高速模擬數字轉換（ADC）和數字信號處理（DSP）技術，補償線路中的色散和PMD。相對于傳統的非相干接收系統，相干系統極大提升了色散容限和PMD容限，可以實現數千公里無色散補償傳輸，降低光纖線路傳輸延遲，提供大容量低時延傳輸能力。

1.3 ?光信噪比

光信噪比，即OSNR（Optical Signal to Noise Ratio），是衡量OTN系統性能最重要的指標。光信噪比是指傳輸鏈路中的信號光功率與噪聲光功率的比值。即OSNR（dB）=10xlg（P信號（mW）/P噪聲（mW））=P信號（dBm）-P噪聲（dBm）。當光信噪比降低到一定程度后將嚴重危害系統的性能值。對于多個級聯線路光放大器的OTN系統，采用光放大器對線路損耗進行功率補償，會引入放大器輻射噪聲，而噪聲的光功率主要來自放大器的自發輻射噪聲的累積，進而引起光信噪比降低，傳輸性能劣化。

在OTN網絡中，光信噪比的降低主要是因為各個光放單元會引入ASE噪聲。線路上引入的噪聲在規劃時可以忽略。在光線路上，信號和噪聲的光功率都會由于光纖的衰減而降低。如圖所示，各個光放引入的噪聲相同，但經過第一級光放后信噪比下降最大。

1.4 ?非線性效應

非線性效應是指強光作用下由于介質的非線性極化而產生的效應，包括光學諧波，倍頻，受激拉曼散射，雙光子吸收，飽和吸收，自聚焦，自散焦等。從本質上講，所有介質都是非線性的，只是一般情況下非線性特征很小，難以表現出來。當光纖的入纖功率不大時，光纖呈現線性特征，當光放大器和高功率激光器在光纖通信系統中使用后，光纖的非線性特征愈來愈顯著。主要原因是在單模光纖內的光信號被約束的模場內，而單模光纖有效面積非常小（如G.652光纖的有效面積大約為80 mm2），因而光功率密度非常高，低損耗又使得高光功率可以維持很長的距離。

2 ?OTN網絡維護

2.1 ?概述

OTN網絡維護要綜合考慮上述四要素，不斷優化網絡性能指標、參數，對于發現的缺陷、隱患進行及時消缺，防止網絡帶病運行。這里結合運維實踐，從多波平坦度、放大器標稱參數、線路側調整對OTN網絡影響等角度探討OTN網絡維護。

2.2 ?OTN網絡多波平坦度維護

OTN網絡對多波平坦度有很高要求，要調整各波光功率、光信噪比，使差值在4 dB范圍內。

根據實際維護網絡情況，如圖2所示系統，A、B之間為40波系統，開通8波，平均光功率在1.7 dBm，平均OSNR在27.5 dB。其中第5波光功率為1.1 dBm，OSNR為27.4 dB，第4波光功率為1.2 dBm，OSNR為27.5 dB，第6波光功率為1.3 dBm，OSNR為27.7 dB詳見圖3。

調整第5波光功率至7.3 dBm，第4、6波無法檢測到，如圖4所示。

調整第5波光功率至3.7，第4、6波可檢測到，光功率降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

根據以上實際測試情況可見，OTN網絡40波系統單波光功率增加會對相鄰波道光功率、OSNR產生影響，超過一定門限，將使相鄰波道光功率低至無法檢測，業務中斷。接近門限時，相鄰波道光功率受影響降低0.2 dBm，OSNR降低0.3 dB。

目前根據實際運維經驗，將各波差值門限設置在4 dB，基本可以保證不影響相鄰波道性能指標。

2.3 ?放大器標稱光功率維護

維護光放大板輸入光功率，使光放大板光口的輸入單波平均光功率盡量調整到光放大板典型單波輸入光功率。并且保證大于和小于這個典型光功率的波數大致相等。

光放大板輸入端未接入可調衰減器前，如果輸入單波平均光功率高于典型單波輸入光功率，則在光放大板輸入端需增加可調衰減器并對其進行調節，使輸入單波平均光功率達到標準。光放大板輸入端未接入可調衰減器前，如果輸入單波平均光功率低于典型單波輸入光功率，則不需要增加可調衰減器。

對于光放大板，通過設置增益，保證各增益下的單波平均輸出光功率等于單波最大輸出標稱光功率。增益值=單波最大輸出標稱光功率-單波平均輸入光功率。設置增益后，用光譜分析儀檢測單波平均輸出光功率是否在標稱光功率上下0.5 dBm范圍內，如果超過這個范圍還需要對設置的增益值進行微調。允許偏差±0.5 dBm。

2.4 ?線路調整情況下OTN網絡維護

在OTN網絡運維過程，因線路調整，例如光纜遷改、站點搬遷、線路迂回等情況，都需要考慮OTN網絡相關光路性能指標，對參數、配套板卡進行調整，以符合線路改變后的實際需要。我們建議這部分工作在線路調整設計階段就要考慮進去，但實際運維過程中，還是有很多工作要在維護過程中發現解決。

線路調整后除了要對光放大器標稱光功率進行相應調整、對各波平坦度進行檢驗，還應考慮線路帶來的色散變化（非相干系統），這里面要從兩個方面分析，一是線路光纜型號不變，距離增加或減少，這樣色散補償的距離也要隨之調整;二是線路光纜型號改變，這種情況下色散補償板卡型號也要做相應改變。

除了色散變化帶來的影響，還要考慮光纜型號變化對入纖光功率要求，防止產生非線性效應。

在線路調整完成，光路恢復后，應觀察線路板收光情況，并查看糾錯前、糾錯后誤碼。保證糾錯前后無誤碼。

3 ?結論

本文介紹了OTN網絡運行維護技術，根據實際運維經驗，研究了OTN網絡主要影響因素，并對各性能參數進行詳細分析，總結出OTN網絡運維的要點。本文沒有對常見告警處理進行介紹，告警信息因廠家而異，可參考各家產品手冊，但OTN網絡性能指標、關鍵參數是通用的，本文可對OTN網絡運維工作起到一定指導作用。

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