通信专网波分系统的现场测试
通信专网波分系统的现场测试

通信专网波分系统的现场测试

本文刊于《中国交通建设监理协会实验检测工作委员会会刊》2022年第2期

摘 要:本文从光谱仪的应用角度分析了通信专网的波分系统的现场测试需求,并讨论了对于专网的波分系统的建设,验收等环节中光谱仪的主要功能及作用,着重讨论的在网络的现场测试场景下的需要客户关注的光谱仪的技术特点及核心功能。

关键词:波分系统;系统测试;DWDM;OSNR ;光谱仪;现场测试;自动化测试;自动校准

1 引言

随着波分系统的广泛应用,特别是一些专网也开始大规模的使用波分系统,由于波分系统的复杂性及指标的严格要求,客户要求测试设备制造商设计出现场和实验室环境下性能同样优异的测试仪器。在保证高性能的基础上,现场测试仪器还要易于操作,即便是网络管理者没有时间尝试和掌握新技术也没问题。便携式光谱分析仪及色散分析仪能够测量DWDM 系统大部分参数,用于安装、调试、验收,维护和故障定位,也可以持续监视DWDM 信号的关键参数以检测系统稳定性,现场的测试仪表成为保证DWDM 系统正常运行的必备工具。

常规的波分系统结构如下图1 所示,有主设备的发送端、接收端,合波器、分波器,掺铒光纤放大器EDFA 和光分插复用器OADM这些组件组成。这些组件都可以用光谱分析仪进行测试,甚至只能用光谱仪进行测试,因此在波分系统的开通验收和维护环节,光谱仪是非常重要的测试仪表。

图1 典型的波分系统框图

在设备工程设计以及检验和验收环节,此时针对的是实际的网络设备,特别是现网的现场测试及验收,因此部分参数的测量和监控受设备是否提供相应测试点的影响,可操作性受到一定限制,此时关注的重点在于确认网络系统端到端最终性能指标是否符合设计要求,必须把网络作为一个整体来做测试验收,并不是测试某一段光缆那么简单。

2 测试需求

ITU-T G.697《DWDM 系统的光监测》规范了光层性能监测方法、参数及精度等要求。 G.697 标准2012 年 2 月的版本主要规范了基于 NRZ/RZ 码型的10G 及以下速率的强度调制信号,以及基于先进调制格式如 DP-QPSK,相位调制信号 40G 和 100G 的DWDM系统光性能监测的相关内容。主要包括光监测方法的分类、光层信号损伤对于信号性能的影响及其发生可能性、光监测参数分类、光层损伤与监测参数之间的关联关系、光层监测功能的应用以及光层安全考虑等,其中光层监测参数主要引入了总功率、单通路功率、单通路光信噪比OSNR、 单通路中心波长(频率)等提出更加规范要求。

光谱分析仪主要用于对波分复用(WDM)系统中的光器件如合波器、分波器、光放等器件的光参数进行测量和分析, 能够显示各波图形并具有自动校准功能。主要测量和分析的光参数有:波长参数:通道数、中心波长、半值波长、平均波长、-20dB带宽、截止带宽等参数。功率参数:峰值功率、总功率、信噪比、边模拟制比、增益平坦度等参数。

光谱分析仪能将光波信号按其各组成部分的波长分解,这意味着在一定波长范围内可以清晰地看到光谱轮廓。光谱轮廓以图形方式显示,横轴为波长,纵轴为对应功率,如图2 所示。用这种方法可以将单根光纤上的DWDM成分信号分开,进行单个通道的分析,也可以分析各通道的谱间干扰。

图2 典型的光谱分析仪曲线

3 光谱分析仪的关键指标

系统制造商和集成商也是指标的可靠来源,他们也发展了一些经验性的规范,以使其系统不仅满足当今通信业务的要求,还要满足类似DWDM等可升级技术的未来要求。

3.1 光抑制比

光抑制比(ORR)是光谱分析仪最重要的指标之一,定义为光谱分析仪在距离载波峰值某一给定距离位置上可以测量到的最大光噪声比,如图三所示。

图3 ORR测试示意图

光谱分析仪的使用者最关心的是得到真实光谱轮廓的清晰图像,如果光谱分析仪的ORR 小于待测系统的光信噪比(OSNR),用户得到的是所用仪器的ORR 受限曲线,而非真实的光信号行为。显然,信道数的增加和信道间间距的减小是更高的光抑制比(ORR)和功率测量指标改进的驱动力,但另一个重要因素是每个通道上的时分复用比特率。今天的DWDM系统设计所遵从的建议是基于STM-16/OC-48(2.5Gbps),但随着STM-64/OC-192(10Gbps)的逼近将会促进测量更高OSNR 值的需求。一般情况下,这个速率的增加要求OSNR的测量能力提高4~5dB。

为了满足目前需要并为将来升级作好准备的系统。系统验收采用了更为严格的动态范围和ORR标准,这些指标是DWDM系统在安装和验收时必须检测的。这样,他们就可以预测安装的性能。根据不同的情况,系统集成商一般需要检测的OSNR范围在21dB ~35dB 之间。

3.2 光谱仪波长范围

光谱分析仪波长范围是指其分析光谱中某一定义部分的信号的能力, 以纳米为单位( 如400nm), 用起始波长和终止波长来表示( 如1250nm~1650nm)。早期的现场用光谱分析仪专注于C 带,即1530nm~1565nm 波段,符合ITU-TG.692 建议。许多已敷设的WDM系统都是设计在C 带传送多个通道信号的,因为它正是掺铒光纤放大器(EDFA)的有效工作波长范围。由于C 带对于支持高通道数的系统已显得过窄,所以使用高于1565nm 波长的L 带,使系统的载运通道数增加至160 个以上。

图4 CWDM波长测试图

3.3 现场测试的便携式和坚固性

针对与如高速公路等专网的测试验收及维护,随之而来的是对适宜于户外环境测试的高性能仪器的需求。光谱分析仪作为DWDM网络敷设和维护工作最基本的测试仪器,被应用于各种场合—网络的不同节点及与实验室环境相去甚远的极端环境。大多数高性能光谱分析仪都是为科学研究设计的台式仪器,是用于可控环境并由有经验的人使用的精密仪器。另一方面,大多数野外便携式光谱分析仪都是削减了某些光学性能,以提供实用的测试方案。众多的光学元件和微米量级的精密机械是光谱分析仪的核心,这些元件之间装配的任何偏离都将会直接导致仪器光学指标的下降。便携式光谱分析仪提供电池供电,以适用于不同条件下的快速、便捷测试。另外,野外测试仪器还有严谨的结构,还需要通过BellCore(TelCordia)跌落实验,而不降低它的指标。并且现场测试用的光谱仪中还内置了独立的光源系统,仪表硬件支持自动的实时做波长的校准工作,不需手工设置,保证的光谱仪可以长时间的现场稳定测试。

3.4 模块化设计

DWDM系统测试和故障定位仅靠光谱分析仪还不够,还必须测试光纤的总跨度损耗、回波损耗(ORL)和偏振模色散等。在要求更高的波长准确度测量时,还需要宽带光源与光谱分析仪及色散分析仪配合使用。因此,理想情况下,光谱分析仪和色散分析仪应该成为由一个通用测试平台管理的系列化模块的一个组成部分。

3.5 现场自动化测试软件

传统光谱分析仪继承了实验室环境下的复杂软件。而现场测试用光谱分析仪自动化软件提供了一个更加简洁的用户界面,包括自动测试和简化的步骤化测试。这使所有操作者,不论是新手还是DWDM专家,都能得到想要的信息。只需按下一个按键,仪表就可做自动化的测试,并将测试结果直观输出到自动化测试软件中,并可以同时自动生成系统测试报告。

4 结论

随着网络的带宽的飞速发展,所有专网也在向全光纤网络演进,DWDM波分系统的大规模使用,对功能强大的便携式光谱分析仪的需求十分迫切。光谱分析仪成为光网络设备开通验收和维护时的必备仪表。注意根据网络的测试需求,选择适合现场测试,且具有自动化测试功能的仪表,会使专网网络的测试验收及维护做到科学严谨且事半功倍。

参考文献

[1]  公路工程质量检验评定标准 第二册 机电工程(JTG 2182-2020).
[2]  YDT 1143-2001 光波分复用系统 (WDM)技术要求-16×10Gb-s、32×10Gb-s部分.
[3]  VIAVI OSA110光谱仪操作手册.