孟宪宇
青海省电力公司信息通信公司 青海省海西洲德令哈市 817000
摘要:电力通信网普遍应用OTN网络，OTN网络运行维护对电网安全生产起到重要作用，通过不断研究、实践，确立OTN网络运行四要素：光功率、色散、光信噪比、非线性效应，从这四个方面结合OTN网络主要性能参数指标，对网络维护进行深入研究，探索OTN系统多波平坦度维护要点，放大器标称参数优化，线路调整对OTN网络影响情况。
关键词:OTN；电力通信网；光信噪比；色散；非线性效应；平坦度
近年来，大容量光传输通信在电力系统普遍应用，它为电网企业信息化提供基础，是现代化企业探索“大云物移”等前沿技术的重要保障手段。整个电力通信网发展从无到有，从小到大，从单一的电力线载波通信手段到现在OTN大容量骨干传输网络，电力通信网在电网安全生产运行过程中起到越来越重要的作用。
一、OTN网络运行要素
OTN即光传输网络,是以波分复用技术为基础,电力通信网采用DWDM即密集波分复用技术。在OTN网络运行过程中,光功率、色散、光信噪比、非线性效应是影响网络运行的四大要素。
1.1光功率
光功率在OTN系统中是重要参数指标,影响系统运行的多个方面。光功率用于确定再生段距离,对光功率计算的过程实际上就是配置放大器的过程。发送端的光功率满足入纤光功率要求,接收端的光功率满足接收机工作范围。在OTN系统中,线路光纤、光模块以及光器件等引入的功率损耗需要通过光放大器(掺铒光纤放大器或拉曼放大器)进行功率补偿。在网络维护时,应该计算整个链路的光纤损耗,并考虑系统余量(工程没有特殊要求时考虑3dB余量)的情况下,核查放大器增益,然后再根据色散补偿模块的配置情况进行适当调整。
1.2色散
由于光纤中所传信号的不同频率成分,或信号能量的各种模式成分,在传输过程中,因群速度不同互相散开,引起传输信号波形失真,脉冲展宽的物理现象称为色散。OTN系统中,在没有色散补偿的情况下,每一个再生中继段都应该小于色散受限距离。如果再生段大于色散受限距离,应该进行色散补偿。色散受限距离(km)=色散容限(ps/nm)/色散系数(ps/nm.km),色散容限值取决于激光器(光源),不同速率、不同质量的光源有不同的色散容限值;色散系数取决于光纤。
目前,现网通常采用对应G.652(SMF)光纤和G.655(LEAF/TRUEWAVE)光纤的两种类型DCM模块。G.652单模光纤(SMF)的典型色散系数为17ps/nm.km,但是在将OTU色散容限转换为色散受限距离时需取光纤的色散值20ps/nm.km。G.655单模光纤的典型色散系数为4.5ps/nm.km,但是在将OTU色散容限转换为色散受限距离时需取光纤的色散值6ps/nm.km。
需要说明一点,在采用相干接收技术的40G/100GOTN系统中,无需配置色散补偿模块。相干系统采用相干接收技术,提升CD、PMD及OSNR容限,提升系统传输能力,达到与10G网络相当的传输性能。相干接收技术,利用相同频率的本振激光器与接收光信号进行相干,从接收信号中恢复幅度、相位及偏振状态信息。同时,相干系统利用高速模拟数字转换(ADC)和数字信号处理(DSP)技术,补偿线路中的色散和PMD。相对于传统的非相干接收系统,相干系统极大提升了色散容限和PMD容限,可以实现数千公里无色散补偿传输,降低光纤线路传输延迟,提供大容量低时延传输能力。
1.3非线性效应
非线性效应是指强光作用下由于介质的非线性极化而产生的效应,包括光学谐波,倍频,受激拉曼散射,双光子吸收,饱和吸收,自聚焦,自散焦等。
从本质上讲,所有介质都是非线性的,只是一般情况下非线性特征很小,难以表现出来。当光纤的入纤功率不大时,光纤呈现线性特征,当光放大器和高功率激光器在光纤通信系统中使用后,光纤的非线性特征愈来愈显著。主要原因是在单模光纤内的光信号被约束的模场内,而单模光纤有效面积非常小(如G.652光纤的有效面积大约为80m2),因而光功率密度非常高,低损耗又使得高光功率可以维持很长的距离。
1.4光信噪比
光信噪比,即OSNR(OpticalSignaltoNoiseRatio),是衡量OTN系统性能最重要的指标。光信噪比是指传输链路中的信号光功率与噪声光功率的比值。即OSNR(dB)=10xlg(P信号(mW)/P噪声(mW))=P信号(dBm)-P噪声(dBm)。当光信噪比降低到一定程度后将严重危害系统的性能值。对于多个级联线路光放大器的OTN系统,采用光放大器对线路损耗进行功率补偿,会引入放大器辐射噪声,而噪声的光功率主要来自放大器的自发辐射噪声的累积,进而引起光信噪比降低,传输性能劣化。
在OTN网络中,光信噪比的降低主要是因为各个光放单元会引入ASE噪声。线路上引入的噪声在规划时可以忽略。在光线路上,信号和噪声的光功率都会由于光纤的衰减而降低。
二、OTN网络维护
2.1放大器标称光功率维护
维护光放大板输入光功率，使光放大板光口的输入单波平均光功率尽量调整到光放大板典型单波输入光功率。并且保证大于和小于这个典型光功率的波数大致相等。
光放大板输入端未接入可调衰减器前，如果输入单波平均光功率高于典型单波输入光功率，则在光放大板输入端需增加可调衰减器并对其进行调节，使输入单波平均光功率达到标准。光放大板输入端未接入可调衰减器前，如果输入单波平均光功率低于典型单波输入光功率，则不需要增加可调衰减器。
对于光放大板，通过设置增益，保证各增益下的单波平均输出光功率等于单波最大输出标称光功率。增益值＝单波最大输出标称光功率－单波平均输入光功率。设置增益后，用光谱分析仪检测单波平均输出光功率是否在标称光功率上下0.5dBm范围内，如果超过这个范围还需要对设置的增益值进行微调。允许偏差?0.5dBm。
2.2线路调整情况下OTN网络维护
在OTN网络运维过程，因线路调整，例如光缆迁改、站点搬迁、线路迂回等情况，都需要考虑OTN网络相关光路性能指标，对参数、配套板卡进行调整，以符合线路改变后的实际需要。我们建议这部分工作在线路调整设计阶段就要考虑进去，但实际运维过程中，还是有很多工作要在维护过程中发现解决。
线路调整后除了要对光放大器标称光功率进行相应调整、对各波平坦度进行检验，还应考虑线路带来的色散变化（非相干系统），这里面要从两个方面分析，一是线路光缆型号不变，距离增加或减少，这样色散补偿的距离也要随之调整；二是线路光缆型号改变，这种情况下色散补偿板卡型号也要做相应改变。
除了色散变化带来的影响，还要考虑光缆型号变化对入纤光功率要求，防止产生非线性效应。在线路调整完成，光路恢复后，应观察线路板收光情况，并查看纠错前、纠错后误码。保证纠错前后无误码。、
结论：
本文介绍了OTN网络运行维护技术,根据实际运维经验,研究了OTN网络主要影响因素,并对各性能参数进行详细分析,总结出OTN网络运维的要点。本文没有对常见告警处理进行介绍,告警信息因厂家而异,可参考各家产品手册,但OTN网络性能指标、关键参数是通用的,本文可对OTN网络运维工作起到一定指导作用。
参考文献：
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[2]王昕,赵楠,何傲,等.基于大数据的通海某用户用电异常情况分析与研究[J].软件,2019,39(4):151-163.