西門子（廣州）傳輸系統(tǒng)有限公司     王樹敏
摘要：本文以西門子Surpass hiT密集波分系統(tǒng)為例，闡述高速率大容量DWDM設(shè)備的系統(tǒng)優(yōu)化過程。
關(guān)鍵詞：DWDM，優(yōu)化，OSNR，斜率，OTU
一．引言
　　隨著帶寬需求的急劇增長(zhǎng)和DWDM技術(shù)的成熟，高速率大容量DWDM系統(tǒng)在各大電信業(yè)務(wù)運(yùn)營(yíng)商新建的骨干傳輸網(wǎng)中應(yīng)用越來越普遍。中國(guó)聯(lián)通全國(guó)骨干網(wǎng)和中國(guó)移動(dòng)?xùn)|部網(wǎng)以及后續(xù)擴(kuò)建項(xiàng)目均采用了西門子最新的160*10Gb/s波分復(fù)用產(chǎn)品Surpass hiT 7550。這些DWDM干線的特點(diǎn)是高速率、大容量、超長(zhǎng)距離、承載重要業(yè)務(wù)，因此工程期間的系統(tǒng)優(yōu)化和在維護(hù)中保持系統(tǒng)優(yōu)化狀態(tài)相當(dāng)重要。以下通過介紹西門子Surpass hiT設(shè)備的系統(tǒng)優(yōu)化，希望能夠?qū)τ脩粲兴鶐椭�，同時(shí)也拋磚引玉，希望對(duì)其他DWDM干線的系統(tǒng)優(yōu)化有一定參考作用。
二．DWDM系統(tǒng)優(yōu)化的定義
    DWDM系統(tǒng)優(yōu)化是指根據(jù)實(shí)際線路光纜的各種參數(shù)，例如衰耗和色散，利用科學(xué)的算法工具對(duì)DWDM鏈路進(jìn)行最優(yōu)化計(jì)算和配置，并在工程執(zhí)行期間進(jìn)行具體的優(yōu)化調(diào)整，盡可能消除或抑制信號(hào)傳輸過程中的失真和劣化，使DWDM系統(tǒng)處于相對(duì)最優(yōu)工作狀態(tài)，確保高質(zhì)量傳輸?shù)恼麄�(gè)過程。
三．系統(tǒng)優(yōu)化的原因及基本措施
    業(yè)務(wù)信號(hào)通過DWDM系統(tǒng)傳播的過程中，由于系統(tǒng)和傳輸媒介的特點(diǎn)，會(huì)發(fā)生不同程度的信號(hào)失真，2.5Gb/s以下速率的信號(hào)因速率低而受失真的影響不大；而10Gb/s以上的高速率信號(hào)對(duì)這些信號(hào)失真非常敏感，受影響很大，因此系統(tǒng)優(yōu)化對(duì)保證高速率大容量DWDM系統(tǒng)的高性能至關(guān)重要。造成信號(hào)失真的因素主要有如下兩大類:
1.線性失真
    線性失真主要是由于線路光纖的色度色散和衰耗引起的失真，這種失真不依賴于信號(hào)強(qiáng)度。
    光纖色散對(duì)光信號(hào)中的不同頻率成分產(chǎn)生不同程度的時(shí)延，最終導(dǎo)致整個(gè)光信號(hào)在到達(dá)鏈路末端時(shí)產(chǎn)生脈沖展寬而失真,失真程度隨著光纜長(zhǎng)度的增加而增強(qiáng)且因?yàn)椴煌�類型的光纖而不同。解決累積色散問題的辦法是每隔一定的光纖長(zhǎng)度接入色散特性相反、長(zhǎng)度合適的色散補(bǔ)償光纖模塊（DCM）。
    線路衰耗會(huì)削弱信號(hào)光功率，造成信號(hào)質(zhì)量劣化。信號(hào)劣化到了一定限度，將被噪聲掩蓋而無(wú)法正常通信。解決累積衰耗問題的途徑是設(shè)立光中繼站，利用EDFA光放大器和外置泵浦源實(shí)現(xiàn)光信號(hào)再生。
    關(guān)于色散和衰耗還存在斜率(tilt)問題。同一根光纖對(duì)不同波長(zhǎng)的信號(hào)所產(chǎn)生的色散和衰耗是有差別的，實(shí)際EDFA放大器也不可能達(dá)到理想的增益平坦，所以，如果沒有采取相應(yīng)措施，各波信號(hào)經(jīng)過多跨段、長(zhǎng)距離的傳輸?shù)竭_(dá)末端后，在通道光功率、光信噪比（OSNR）、累積色散等參數(shù)上會(huì)有很大的差別，形成所謂的功率tilt、OSNR tilt和色散tilt，導(dǎo)致信號(hào)質(zhì)量參差不齊。色散tilt通過帶斜率補(bǔ)償?shù)奶厥釪CM解決，而OSNR和功率tilt處理方法有：特殊放大器的tilt控制；功率均衡和預(yù)加重調(diào)整。
2．非線性失真
    當(dāng)入纖光功率較強(qiáng)時(shí),光纖的基本參數(shù)折射率n受光功率變化影響較大，呈現(xiàn)出非線性，稱為克爾效應(yīng)。克爾效應(yīng)主要表現(xiàn)形式有四波混頻(FWM)、自相位調(diào)制(SPM)、交叉相位調(diào)制(XPM)等。
    非線性失真還包括隨信號(hào)強(qiáng)度而變化的各種散射過程，如：受激布里淵散射(SBS)、受激拉曼散射(SRS)。
    非線性效應(yīng)也會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)脈沖展寬，產(chǎn)生失真、畸變，從而影響傳輸質(zhì)量。
    削弱或消除非線性失真的主要措施有：器件設(shè)計(jì)的噪聲抑制；控制入纖功率在合適范圍；適當(dāng)?shù)臍埩羯�散利于抑制FWM；信號(hào)預(yù)加重調(diào)整。
四．優(yōu)化的基本過程
    廣義的DWDM系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)涉及面很廣的過程，包括了項(xiàng)目招投標(biāo)時(shí)基本配置的確定、工程執(zhí)行期間對(duì)實(shí)際參數(shù)的測(cè)量、根據(jù)測(cè)量結(jié)果調(diào)整DCM模塊和泵浦卡以及各個(gè)具體段的實(shí)際參數(shù)設(shè)置、信號(hào)預(yù)加重調(diào)整等過程。
下面以西門子的Surpass hiT 7550設(shè)備為例，說明高速率、大容量DWDM系統(tǒng)的優(yōu)化過程。
    每一個(gè)DWDM單位優(yōu)化鏈路（OTT-OTT段）的優(yōu)化是獨(dú)立分開的，具體過程如下：
1．項(xiàng)目招投標(biāo)時(shí)根據(jù)客戶提供的光纜參數(shù)，利用專用工具進(jìn)行計(jì)算，確定DWDM鏈路的基本配置，如OA站設(shè)置、DCM和泵浦卡的配置等，長(zhǎng)鏈路選用帶斜率補(bǔ)償?shù)姆糯笃骱虳CM；
2．工程開始前期，對(duì)每段線路光纖的長(zhǎng)度、衰耗、色散等參數(shù)進(jìn)行實(shí)際測(cè)量；各站的設(shè)備硬件安裝同步進(jìn)行，同時(shí)確保每個(gè)光接頭的高度清潔；
3．根據(jù)各段光纖的實(shí)際參數(shù)，利用專用工具進(jìn)行重新計(jì)算，得出各站點(diǎn)實(shí)際需要的DCM和泵浦卡，以及各個(gè)光放盤的光功率、拉曼斜率等參數(shù)；
4．根據(jù)最新計(jì)算結(jié)果，調(diào)整各站的DCM和泵浦卡，設(shè)置光放盤相關(guān)參數(shù)；
5．對(duì)于超長(zhǎng)鏈路，進(jìn)行整條鏈路或分段的殘留色散測(cè)量,將測(cè)量結(jié)果輸入專用工具進(jìn)行分析，根據(jù)分析結(jié)果微調(diào)DCM模塊。這種測(cè)量殘留色散的方法最大的特點(diǎn)是其測(cè)量結(jié)果是整條OTT-OTT優(yōu)化鏈路的殘留色散，包括了設(shè)備EDFA的色散、各段線路光纖的色散和DCM模塊的補(bǔ)償色散相互抵消后的總的殘留色散。所以這種色散優(yōu)化的方法非常精確、科學(xué)；
6．激活單位優(yōu)化鏈路的主光通道，檢查各站點(diǎn)放大器的收發(fā)光功率，對(duì)衰耗不正常的段落進(jìn)行調(diào)整；
7．狹義系統(tǒng)優(yōu)化：信號(hào)功率均衡和預(yù)加重。示意圖如下：
OTU:10Gb/s或2.5Gb/s波長(zhǎng)轉(zhuǎn)換器
OTT：波分鏈路終端站
OLR：波分鏈路OA站
OSA：光譜分析儀
LCT with Monipoint and Unigate:安裝有OSNR測(cè)量軟件和設(shè)備監(jiān)控軟件的筆記本電腦
       
狹義系統(tǒng)優(yōu)化基本過程：
    如上圖所示，該優(yōu)化操作分成相互獨(dú)立的兩個(gè)方向進(jìn)行。
在鏈路末端OTT站前放的輸出點(diǎn)，用OSA測(cè)量源頭OTT站傳輸過來的各波的信號(hào)功率和OSNR值，通過GPIB卡與OSA連接并通信的筆記本電腦將OSA采集的數(shù)據(jù)保存成一個(gè)文件。比較各波OSNR值的絕對(duì)值和最大相差值，如沒有達(dá)到優(yōu)化要求（一般絕對(duì)值要大于22dB，最大差值小于1.0dB），則通過光監(jiān)控通道將數(shù)據(jù)文件輸入源頭OTT設(shè)備，并執(zhí)行信號(hào)預(yù)加重命令，源頭OTT根據(jù)末端信號(hào)情況調(diào)整本端合波器上自帶的相應(yīng)波道的VOA（可自動(dòng)調(diào)節(jié)的可變衰耗器）數(shù)值，從而優(yōu)化均衡各波入纖功率，直到末端OSNR值符合標(biāo)準(zhǔn)。整個(gè)系統(tǒng)的調(diào)節(jié)功能和分波器上的VOA調(diào)節(jié)還能確保末端OTT站各波輸出功率在合適的范圍。
另一方向也做同樣的操作；
8．激活OTU自動(dòng)優(yōu)化功能（尋找信號(hào)的最佳點(diǎn)）和FEC調(diào)節(jié)功能（前向糾錯(cuò)），這兩個(gè)功能是OTU盤本身的優(yōu)化功能；
9．必要的性能監(jiān)測(cè)和相關(guān)數(shù)據(jù)的記錄、整理、存檔。整個(gè)系統(tǒng)優(yōu)化過程完成。
五．系統(tǒng)優(yōu)化注意事項(xiàng)
    DWDM系統(tǒng)優(yōu)化是一個(gè)科學(xué)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪^程，必須嚴(yán)格按照相關(guān)的操作指示和計(jì)算結(jié)果，不允許憑空想象、隨意而為；另外，鑒于光纖接頭清潔對(duì)于10Gb/s速率DWDM系統(tǒng)的重要性，必須確保整條鏈路每個(gè)光接頭都是完好的和干凈的，否則會(huì)影響優(yōu)化結(jié)果、導(dǎo)致系統(tǒng)性能下降。
六．系統(tǒng)優(yōu)化的作用和效果
    由前面系統(tǒng)優(yōu)化的原因和基本過程，可以看出系統(tǒng)優(yōu)化最終所起的主要作用如下：
1．光纜絕對(duì)色散的補(bǔ)償。通過實(shí)際光纖色散測(cè)量、科學(xué)計(jì)算和DCM模塊最優(yōu)化配置，解決了線路光纖色散的補(bǔ)償問題，而殘留色散測(cè)量和DCM微調(diào)使得整條鏈路的色散補(bǔ)償更精確有效。
2．色散tilt的補(bǔ)償。具有色散斜率補(bǔ)償特性的DCM模塊，有效地實(shí)現(xiàn)了不同波長(zhǎng)信號(hào)的色散均衡補(bǔ)償。
3．絕對(duì)功率和OSNR劣化問題的解決。通過模擬工具的計(jì)算，配置合適的OA站、放大器、泵浦卡，控制每段的信號(hào)入纖光功率，可以非常有效地在鏈路終點(diǎn)獲得足夠的信號(hào)功率和OSNR值。
4．通道功率tilt和OSNR tilt的補(bǔ)償。通過計(jì)算選用帶斜率補(bǔ)償?shù)姆糯笃鳌��?yōu)化過程中的功率均衡命令，已經(jīng)很好地對(duì)鏈路的整體功率tilt和OSNR tilt進(jìn)行了補(bǔ)償，而信號(hào)預(yù)加重調(diào)整對(duì)這種補(bǔ)償進(jìn)行了細(xì)化并最終確保了末端OTT站的OSNR值在指標(biāo)范圍內(nèi)。
5．系統(tǒng)非線性效應(yīng)的抑制。系統(tǒng)器件設(shè)計(jì)時(shí)采取的噪聲抑制措施（如:西門子部分OTU具有軟件調(diào)節(jié)抑制自激布里淵散射的功能）、通過計(jì)算在確保絕對(duì)OSNR值前提下控制入纖功率不要太高、色散預(yù)補(bǔ)償和欠補(bǔ)償措施抑制四波混頻、信號(hào)均衡和預(yù)加重調(diào)整削弱非線性效應(yīng)（如自激拉曼散射、SPM、XPM）等等措施確保系統(tǒng)非線性效應(yīng)的影響得到有效抑制。
6．西門子OTU板卡的自動(dòng)優(yōu)化功能和帶外FEC功能極大地提高了系統(tǒng)的抗干擾能力。
    檢驗(yàn)系統(tǒng)優(yōu)化效果的方法很多，常見的有：測(cè)量OSNR值、下掛OTU和SDH設(shè)備的性能監(jiān)測(cè)、利用10Gb/s儀表掛表測(cè)試、測(cè)量鏈路末端的信號(hào)眼圖和消光比；除此之外，西門子的OTU還提供了監(jiān)測(cè)信號(hào)Q值和FEC誤碼率等有效的措施。
七．系統(tǒng)優(yōu)化經(jīng)典案例
     中國(guó)聯(lián)通天津-沈陽(yáng)DWDM鏈路，選用西門子Surpass hiT 7550設(shè)備（10Gb/s*160波產(chǎn)品），共12個(gè)跨段，全長(zhǎng)約1000公里，采用G.652光纖，2002年2月份調(diào)試優(yōu)化完畢，是中國(guó)當(dāng)時(shí)最長(zhǎng)的純光中繼DWDM鏈路。該鏈路為非常典型的高速率、大容量、長(zhǎng)距離的DWDM鏈路，并且由于跨段較多，光纜路由復(fù)雜，因此系統(tǒng)優(yōu)化的難度較大。該DWDM鏈路的系統(tǒng)優(yōu)化工作由德國(guó)西門子總部技術(shù)專家主持，從測(cè)纖、計(jì)算、調(diào)整DCM和泵浦模塊，到分兩段進(jìn)行殘留色散測(cè)量、信號(hào)的功率均衡和預(yù)加重調(diào)整，包括光接頭清潔和衰耗調(diào)整等細(xì)節(jié)，整個(gè)過程的系統(tǒng)優(yōu)化工作非常規(guī)范、科學(xué)。系統(tǒng)優(yōu)化后，末端OTT站的OSNR最小值為25.2dB，OSNR差值為0.5dB，性能非常良好。該鏈路作為重點(diǎn)測(cè)試鏈路，于2002年5月底通過了中國(guó)聯(lián)通總部的驗(yàn)收測(cè)試。并且從投入試運(yùn)行至今一年多的時(shí)間，該鏈路沒有發(fā)生過任何因?yàn)橄到y(tǒng)性能劣化而中斷業(yè)務(wù)的故障。
八．系統(tǒng)再優(yōu)化
    優(yōu)化后的DWDM系統(tǒng)主要參數(shù)的裕余度一般是：?jiǎn)味嗡ズ?dB,全程色散約400ps/nm。如果出現(xiàn)如下情況，一般需要重新優(yōu)化：
·線路衰耗變化過大且無(wú)法恢復(fù)，則需要重新計(jì)算，必要時(shí)更改光功率參數(shù)；
·線路光纖類型不變但長(zhǎng)度發(fā)生較大變化，則需要重新計(jì)算，可能需要調(diào)整DCM模塊順序或更換DCM模塊；
·線路光纖類型發(fā)生改變，則肯定需要重新計(jì)算，調(diào)整DCM模塊，并做重新優(yōu)化。
九．結(jié)束語(yǔ)
    總之，對(duì)于新建的DWDM鏈路，只有進(jìn)行科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、精確有效的系統(tǒng)優(yōu)化，才能夠徹底擺脫傳統(tǒng)DWDM鏈路在長(zhǎng)距離和高速率、大容量之間很難完全兼得的限制，真正實(shí)現(xiàn)高速率、大容量、長(zhǎng)距離、高性能的傳輸。
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