波分系統中OTU ALS功能和光功率維護問題探討

波分系統中OTU ALS功能和光功率維護問題探討

波分系統中OTU ALS功能和光功率維護問題探討

汪令全   張暉
網絡操作維護中心

摘要：
 結合網絡故障分析了增益鎖定型波分系統中OTU啟用ALS功能可能出現的問題，提出維護建議并討論了光功率優化的重要性。

一．波分系統介紹
 隨著通信業務的迅速發展，DWDM系統已得到了大量應用，特別是在長途骨干傳輸網中波分系統承載了絕大部分的業務，所以波分系統的維護也越來越重要。一個波分系統的基本結構如圖1所示：
圖1
 其中OA（光放大器）主要功能是將輸入的光進行功率進行放大以供長距離傳輸，在波分系統中OA的增益鎖定非常重要，因為波分系統是一個多波長的工作系統，當某些波長信號失去時，由于增益競爭，其能量會轉移到那些未丟失的信號上，使其它波長的功率變高。在接收端，由于電平的突然提高可能引起誤碼。在極限情況下，例如8路波長中7路丟失時，所有的功率都集中到所剩的一路波長上，功率可能會達到17dBm左右，這將帶來強烈的非線性或接收機接收功率過載，也會帶來大量誤碼。OA增益鎖定和不鎖定時性能的比較如圖2、圖3所示：

圖2增益不鎖定時光放大器掉波、上波增益變化圖

圖3增益鎖定時光放大器掉波、上波增益變化圖
 實現OA增益鎖定有許多種技術，典型的有控制泵浦光源增益的方法。OA內部的監測電路通過監測輸入和輸出功率的比值來控制泵浦源的輸出，當輸入波長某些信號丟失時，輸出功率和輸入功率的比值會增加，通過反饋電路，降低泵浦源的輸出功率，保持OA增益（輸出/輸入）不變。
 另外還有飽和波長的方法。在發送端，除了工作波長外，系統還發送另一個波長作為飽和波長，在正常情況下，該波長的輸出功率很小，當線路的某些信號丟失時，飽和波長的輸出功率會自動增加，用以補償丟失的各波長信號的能量。當線路的多波長信號恢復時，飽和波長的輸出功率會相應減少。從而保持EDFA輸出功率和增益保持恒定。
 光放大器實現增益鎖定后，當輸入信號強度增大時相應的輸出光功率也增大，但當輸入光功率增大到一定值后就進入了飽和區，此時輸出光功率將不會繼續按比例放大而是保持在一相對固定值，在飽和區內放大器增益不再鎖定而是呈下降趨勢的，如圖4所示。
 
 圖4
 當光纜中斷等情況造成輸入光信號丟失時，根據ITU G.664建議，為防止出現光浪涌要采用ALS(automatic laser shutdown)機制來保護光放大器。OTU（光波長轉換單元）在波分系統中主要用來完成光波長轉換和光信號中繼再生，但有些設備的OTU也具備 ALS功能，如現網上的華為波分系統。 OTU的ALS功能可以通過網管設置為Enable/Disable，當ALS功能打開時，OTU檢測到LOS（輸入信號丟失）時就會自動啟用ALS，關閉激光器停止發光。
 具備ALS功能的OTU有利于保護激光器，延長其使用壽命，并有利于維護人員對激光器操作時的安全防護，但在波分系統維護中也發現了一些問題，下面結合幾個典型故障來具體分析。

二．維護中發現的問題
1．引起線路光功率振蕩
 1）故障現象
 西南環波分系統在南寧至貴陽之間光纜中斷，南寧－貴陽之間業務會受影響，但同時卻導致了貴陽到成都的兩條2.5G IP電路中斷。西南環波分為增益鎖定型，該2.5G電路是開在同一10G波道的OCU（四路STM-16與單路STM-64轉換單元）端口上，在重慶站是通過背靠背的OCU直接串通到成都。波分系統拓撲如圖5所示：

圖5
告警查詢分析
 通過分析網管上的告警記錄我們看到：在光纜中斷期間，貴陽站(重慶方向)OCU的10G波分口有MS-RDI和MS-REI告警；在重慶站(貴陽方向)OCU的10G波分口有B1EXC（B1誤碼越限）和BEFFEC_EXC（FEC糾錯前誤碼越限）告警，而其2.5G客戶側端口報MS-RDI告警；在重慶站（成都方向）OCU的2.5G客戶側端口有MS-AIS告警；在成都站OCU的2.5G客戶側端口有MS-RDI告警。
 由于在重慶站(貴陽方向)OCU的10G波分口有B1EXC，故向其客戶側下插MS-AIS，同時向貴陽站(重慶方向)OCU的10G波分口回告MS-RDI和MS-REI。重慶站（成都方向）OCU 2.5G端口收到上游發過來的MS-AIS信號后，下傳MS-AIS告警同時回告MS-RDI。最后成都站OCU的2.5G端口將上游傳過來的MS-AIS信號發給路由器POS口，路由器收到MS-AIS后，回告MS-RDI。所以這些告警傳遞機制都是正常合理的，關鍵問題是光纜中斷時重慶站(貴陽方向)OCU的10G波分口為什么會產生B1EXC？
 3）故障分析
 為查障我們采集了光纜中斷時波分系統該中繼段各站的光性能數據，分析后發現當南寧至貴陽間光纜中斷時，由于西南環波分各波的0TU板均啟用了ALS功能，導致在貴陽站串通的波發生中斷。從理論上分析貴陽發至重慶方向主光通道光功率應下降，但重慶收貴陽各波OTU板波分側收光功率卻都提高了3dB左右。
 然后檢查貴陽至重慶段間各光放大站的光功率，發現趕水光放站光放大板的輸入光功率在光纜中斷后有3dB左右的下降，而輸出卻只略降0.2dB。進一步分析后發現主要原因是該放大板的輸入光功率一直過高，當前為0dBm，放大器已經進入飽和區（該單板的飽和區臨界值是-3dBm），進而導致南寧至貴陽之間光纜中斷時，貴陽站串通的十幾個波道因ALS機制激光器自動關閉，所以發往重慶方向的波數減少了十幾波，放大器發光功率也降低了3dB。但因趕水站光放大器一直工作在飽和區，趕水站輸入雖有降低但光放大器的增益卻相對提高了，所以重慶收趕水方向的輸入光功率幾乎沒有變化。
 由于貴陽發重慶方向的波道數減少了十幾波，但總的光功率變化很小，所以每個單波道的功率值就相應提高了。又因該故障波道在貴陽與重慶之間光纜中斷前光功率已是偏高，中斷后此波道光功率又提高了3dB，導致該波道出現非線性效應引發B1EXC告警，最終導致此單板向客戶側下插了MS-AIS，引起貴陽到成都的兩條2.5G IP電路中斷。
 通過調節趕水收貴陽方向的衰耗降低輸入光功率后故障消失。但只對局部光功率作調整可能會影響到其他站的光性能，所以還要對波分系統的光功率進行全程優化。

2．光線路信號丟失告警擴散

圖6
 一波分系統如圖6所示：D站是只作業務轉接串通的中繼站，當B站和C站之間的光纜中斷時，通常我們在網管上將看到A、B、C、D站報光線路LOS告警，這是因為光放大器的ALS功能起作用后自動關閉前后光端站(OTM)之間的光放大器，維護人員再結合OSC（光監控信道）信號丟失等告警信息即可定位光纜中斷的段落。但若此波分系統的OTU都啟用了ALS功能，在網管上就會看到E、F、G等站也報光線路LOS告警，這是因為光纜中斷后D站的每個波OTU收C站方向LOS后都會自動關閉發向E站的光，所以E站的光放大器也會收到LOS，這樣LOS告警一直擴散到有上下業務的光端站才中止。對于這種B－C之間的光纜故障引起A－G之間各站都出現光線路LOS告警，將會影響維護人員迅速定位故障段落，延長障礙處理時間。

3．單波道丟失告警擴散

圖7
 一條北京至西安的電路路由如圖7所示：廣州－成都段承載在波分系統Ⅰ上，在成都站將該波道轉接到波分系統Ⅱ后傳到西安，系統Ⅰ和Ⅱ采用不同廠家生產的設備。西安客戶申告其設備收MS-AIS告警，查看網管發現系統Ⅱ該波道在成都轉接處OTU上有LOS告警，這時維護人員會很自然地想到障礙點出在成都轉接處，但成都處理后故障并沒有消失。經過逐段測試，最后卻發現是由于廣州端客戶設備發光端口故障引起。因為系統Ⅰ上的OTU啟用了ALS功能，所以廣州波分收客戶側光信號LOS時，會一直往下傳遞LOS直到成都轉接處。對于這樣單波道的故障信息從廣州擴散到成都，加上地域跨度大溝通協調不便，會直接影響到故障的及時處理。

三．維護建議
 根據上述幾種故障現象和維護經驗，我們認為在現網中將OTU的ALS功能禁止有利于波分系統和業務的維護，并能減少線路故障、波道調度、波道測試等操作所引起線路光功率的波動，有利于波分系統的穩定運行。
 現在全國各地市政工程、道路施工、地質災害較多，所以光纜要經常做割接，一條干線光纜多個段落多次割接后，其段落衰耗等性能指標也將會同工程設計時有偏差，再加上光器件的老化，運行環境的變化等因素都會影響到波分系統的光功率發生變化。因此在維護中定期檢查波分系統的光功率值是日常維護作業計劃的重要內容之一，對采集的數據進行分析以便及時發現系統隱患，并且要加強干線系統的巡檢，根據分析結果對整個波分系統的光功率進行優化，保持光功率均衡對波分系統和業務的穩定運行非常重要。
 
 
四．參考文獻：
[1] Huawei,”OptiX BWS 320G 骨干DWDM光傳輸系統 手冊”
[2] Huawei,”課程 TC000003 WDM 原理”
[3] Nortel Networks,”OPTera Long Haul 1600 Optical Line System NTP Library”
[4] 張成良,”光傳送網絡的安全和要求”
[5] ITU-T Rec.G.664，”Optical safety procedures and requirements for optical transport systems”

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