無源波分系統在城域網中的應用探討*

封雙榮

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210006）

0 引言

無源波分系統因具備大量節約接入層光纜資源、降低5G 基站光纜配套建設成本、充分利用現有光纜資源快速完成5G 基站建設等優勢，已經大范圍部署用于解決5G 前傳承載需求。本文在此基礎上，提出將無源波分系統應用范圍進一步擴大，在城域網中應用推廣，用于解決OLT、匯聚交換機等設備的上行接入需求，以達到節約主干光纜的目的。[1]

本文將無源波分系統的傳輸性能與現網使用光模塊性能、建設成本作對比，通過理論測算，從技術和經濟性角度論證在城域網中應用無源波分系統的可行性。并在實驗環境和現網環境中，分別測試無源波分系統光模塊與城域網設備的適配性，以及實際帶業務鏈路傳輸質量，檢驗方案的可行性。

1 目標應用范圍

目前在現網中OLT 至DCSW 之間，DCSW 至MSE 之間，均是通過雙纖雙向光模塊構成點對點連接。隨著對網絡安全性要求的提升，OLT-DCSW、DCSW-MSE 均要求雙規接入，這消耗了大量的主干纖芯，給光纜網造成巨大壓力。因此計劃在OLTDCSW、DCSW-MSE 之間引入無源波分系統，在合適的位置插入無源波分復用器和解復用器，將承載網絡從原有的點對點結構變成多點對多點的啞鈴型拓撲結構，從而達到節省主干光纜的目的[2]。具體網絡拓撲圖結構示意圖如圖1 所示。

圖1 測試系統拓撲示意圖

本次實驗中進行測試的無源波分系統是電信運營商集采入圍廠家的成熟產品，其產品已經在5G前傳中大量應用。測試的產品包括彩光模塊、1 ∶12的復用/解復用器。選測的無源波分系統工作波長應符合《粗波分復用（CWDM）系統技術要求》規范要求。城域網設備選擇現網應用量較大的主流廠家的主要設備類型，包括OLT、DCSW、MSE 等關鍵設備。

2 理論測算分析

根據《粗波分復用（CWDM）系統技術要求》規范及電信運營商無源波分設備招標技術規范書中的參數要求，無源波分光模塊分中距和長距兩種，中距光模塊典型傳輸距離為10km，長距為15km。參考最壞值計算法計算光模塊之間所允許的最大線路衰耗（以下簡稱IL）。[3]

最壞值計算公式：IL=Ps-Pr-Pp-C-Mc

Ps：壽命終了最小平均發送功率

Pr：壽命終了最差接收靈敏度

Pp：光通道代價

C：所有活動連接器衰減之和

Mc：光纜富裕度

由于本次論證的是在不改變原有光纜資源條件的情況下，使用無源波分系統的替代原有光接入系統的可能性，因此C、Mc 值可默認為不變。與現有的傳輸鏈路相比，無源波分系統在線路中引入了無源的復用/解復用器，因此在線路中引入了額外的衰耗（以下簡稱為Ca）。通過計算比較原白光系統的Ps-Pr-Pp 值與無源波分系統Ps-Pr-Pp-Ca 之間值的大小，即可初步判斷在傳送距離上無源波分系統能否替代原有光模塊。

根據技術規范書要求，相關設備無源波分系統中距光模塊最大平均發送光功率+5.0dBm，最小平均發送光功率-1.0dBm，最大平均接收靈敏度-14.0dBm。長距光模塊最大平均發送光功率+5.0dBm，最小平均發送光功率-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 復用/解復用器插入損耗典型值

從表1 可以看出，理論上因為引入無源波分系統的復用/解復用器而造成的插損Ca 為1.5dB～5.0dB。

用最壞值計算法計算，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 計算值為5.5dB。同理，若使用長距15km 光模塊，則Ps-Pr-Pp-Ca 計算值為11.5dB。

OLT 設備上行10GE 普通光模塊的光參數如表2 所示。

表2 OLT 上行光模塊性能參數

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

經比較發現，無源波分系統10km 光模塊和15km 光模塊允許的線路衰耗均大于現用的10km 普通白光模塊，中距的甚至超過了白光40km 光模塊。從理論計算推論出，用無源波分系統替代現有的普通白光模塊，在光模塊的性能參數上是具備一定可能性的。

3 測試驗證

測試分為設備兼容性測試和帶業務測試兩種場景。設備兼容性測試是在實驗環境下，將集采主流廠家無源波分系統的彩光模塊與現網城域網設備進行匹配，測試彩光模塊與現網設備的匹配情況，以及匹配后其主要性能參數與標稱值之間的差異。帶業務測試則是通過實驗室搭建的平臺上模擬加載業務，并將現網正在工作中的2 端城域網設備OLT 與DCSW 之間點對點光傳輸系統替換成無源波分系統的多點對多點光傳輸系統，并通過對其承載業務進行實時監測，以檢驗無源波分系統是否會影響既有業務的承載。

3.1 設備兼容性測試

3.1.1 彩光模塊跟OLT 設備的兼容性測試

選擇現網中使用規模較大的2 個廠家，各自選擇2 個使用量較大的設備型號，加載無源波分系統光模塊進行測試，測試結果如表3 所示。

表3 彩光模塊與OLT 設備兼容性測試

從測試數據看，無源波分系統的彩光模塊在不同的波長段，與參與測試的兩個廠家的OLT 設備之間兼容性良好，且彩光模塊的發射功率均在-1dB～5dB 之間，符合規范要求。

3.1.2 彩光模塊跟匯聚設備的兼容性測試

選擇現網中使用規模較大的2 個廠家的匯聚交換機進行測試，測試結果如表4 所示。

表4 彩光模塊與匯聚設備兼容性測試

從測試情況看，無源波分系統的彩光模塊與參與測試其中1個匯聚交換機廠家的設備匹配度良好，且彩光模塊的發射功率符合規范要求，而與另一個廠家的設備之間出現了不兼容的情況。

3.1.3 彩光模塊跟MSE 設備的兼容性測試

選擇現網中使用規模較大的3 個廠家的MSE設備進行測試，測試結果如表5 所示。

表5 彩光模塊與MSE 設備兼容性測試

從測試數據看，無源波分系統的彩光模塊在不同的波長段，與參與測試的三個廠家的MSE 設備之間兼容性良好，且彩光模塊的發射功率符合規范要求。

3.1.4 復用/解復用器插損測試

選擇已經集采入圍，并在5G 建設中廣泛使用的廠家的復用/解復用器，成對連接好進行測試，分別在輸入、輸出端測試光功率，測試結果如表6 所示。

表6 復用/解復用器加入衰耗測試結果表

測試數據表明復用/解復用器引入的插入損耗基本在規范允許的范圍之內。

3.2 帶業務測試

3.2.1 實驗環境IP 中繼鏈路加載測試

在實驗室模擬OLT 至匯聚交換機場景，上行鏈路加載在無源波分系統上，通過測試業務數據傳送正常，對所帶的ITV 4K 業務抓包測試，各參數指標正常，無數據丟包。

3.2.2 現網環境鏈路測試

將現網中WTC 匯聚機房的OLT 設備和ZYM綜合機房匯聚交換機之間的六條鏈路，替換成無源波分系統進行承載。通過測試發現LACP 正常，與鏈路組內端口流量分擔正常，但有一條鏈路有CRC緩慢正常。

3.3 測試結論

從測試情況看，無源波分系統與大部分廠家的城域網設備之間兼容性良好，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，用無源波分系統替代原有系統是具有一定可能性的。但也有少數城域網設備廠家的設備與彩光模塊兼容性不好，需要進行升級。

4 經濟性分析

隨著運營商在5G 前傳中大量應用無源波分系統，無源波分系統的器件集采價格也大幅下降，使得該系統具有良好的經濟性。現以OLT 至DCSW之間需要3 對10GE 上行鏈路，接入距離3km 的情況為例，進行接入成本的測算比較，比較結果如表7 所示。

表7 接入成本測算對比表

通過比較可以發現，現在市場上的普通光模塊價格和彩光模塊價格基本相當，而復用/解復用器價格僅為主干光纜芯千米造價的1/3 左右，在整個系統中成本占比很小，節省的主干光纜資源全是節約的建設成本。在這個例子中，兩個系統的接入成本差異達到了4567 元。所以無源波分系統相較于傳統的接入方式，在成本上具有明顯的優勢。[4]

5 工程應用中的問題

雖然在理論上可行，但在測試過程中，尤其是現網測試中發現，要想使用無源波分系統，還需解決以下幾個工程問題：

（1）彩光模塊的在線管理能力開發。需要將光模塊虛擬成網元納入現有設備維護管理系統，實現實時在線可視化的資源管理，這需要在現有的設備網管系統中進行開發[5]。

（2）與部分設備的兼容問題。在測試中發現的與個別廠家設備不兼容的問題，需要協調還不兼容的城域網設備廠家進行設備軟件版本的開發和升級。

（3）與現有資源管理系統的對接。多點對多點的邏輯結構相較于現在的網絡結構要更加復雜，管理難度必然更大。這其中包括幾個方面的問題，一是如何實現在線資源配置；二是現有的OSS 系統如何去適應新的多點對多點的網絡結構，從而實現光路的自動派單。這都就需要去探索，并對現有的OSS 系統進行開發。

（4）安裝維護習慣。由于無源波分系統的安裝維護較傳統光模塊復雜，彩光模塊類型多，且必須成對匹配，跳纖變復雜，這些都要求維護人員要有更強的專業技能。

（5）無源波分系統自身產品質量。在5G 前傳剛大規模應用之初，曾出現無源波分系統大面積故障的問題，給建設維護帶來巨大困擾。因此提高產品自身的穩定性、可靠性，降低設備故障率，才能給用戶帶來信心。

6 結語

通過理論探究、實驗環境測試和現網測試，證明在城域網中引入無源波分系統在技術上和經濟上均是可行的。運營商可以結合現網資源情況，在主干光纜纖芯資源比較緊張的段落，可以適當引入無源波分系統進行試點。并在試用過程中同步摸索資源管理和配置的方式方法，需做好支撐系統的配套開發升級，以支撐無源波分系統更加復雜的網絡結構和資源使用維護要求。