DWDM系统的实时监测

北方交通大学光波所 苏良峰 陶峰 延凤平

　　正是因为光纤的海量的容量，一但光纤发生断裂，损失也是巨大的。我国光缆的毁坏很严重，2001年中美海底光缆的几次断裂，造成了巨大的损失。服务质量对通信公司来说很重要，能否保证服务质量关系到公司能否赢得用户。中国电信、中国移动、联通、铁通等各大通信公司现在铺设的光缆网基本上同时都配有远程光缆自动监测系统(RFTS)。

　　但是现有的RFTS系统还无法监测DWDM系统的性能。如果无法有效地监测DWDM系统的运行性能，通信公司也就无法保证服务质量，这也是现在许多通信公司对DWDM系统持观望态度的原因之一。下面就让我们来具体看一下如何监测DWDM系统。

DWDM系统的监测参数

　　与传统的光通信系统相比，DWDM系统需要监测更多的参数，以及这些参数与波长的变化关系。相关的主要参数有：

　　* 通道光功率：每个通道的光功率必须准确测量，这样才能知道系统中每个通道是否正常地工作，以及系统中采用的掺铒光纤放大器(EDFA)的放大带宽是否覆盖了每个通道。

　　* 通道的中心波长：在DWDM中，通道波长变化将影响到相邻的通道。因此，每个通道的中心波长必须精确测量，判断光源的波长飘移是否合格。

　　* 信噪比（SNR）：是DWDM系统中最重要的参数之一，它反映通道的整体性能。

　　* 通道串话（crosstalk）：这个参数表明了在被测量的通道的频带内由其它通道引入的噪音信号的强度，在现场中它最难测量，需要分两步来完成，但它是衡量通信系统质量好坏的一个重要参数。

　　* 整体光功率：光纤传输的非线性现象与光功率有关，所以整体光功率需要测量或求和计算出来。

　　* 色散：光纤的色散在DWDM中是影响光脉冲畸变的重要参数，它与光纤的折射率和工作波长有关。

　　* 偏振模色散(PMD)：偏振模色散是由于光信号在传播中两个相互正交的偏振态变化速度不相同，而导致脉冲形状畸变的一个参量。这个参量服从麦克斯韦分布，可用一个统计平均的参数来表示。它影响信号传输质量、增大误码率、限制了单波长光传输使用更高的速率。这个参数比较棘手，即使是在实验室也很难测量，在现场测量更难。在现有的一些低速系统中，这个参数可以忽略，但对于高速系统，它的影响巨大。

DWDM系统的测量仪器

　　千万不要认为对现有的现场测量设备进行简单的改进就可以满足DWDM的测量要求了，从上面我们对DWDM所需测量的参数的分析来看，新的测量参数以及参数的重心的转变使得仅仅依靠原有的仪器已经无法满足DWDM系统的现场测量要求，我们必须使用新的测量工具。当然，原来的仪器也不会被淘汰，不过会有新的要求。下面我们分别来看： 传统的仪器

　　传统的测量仪器都是测量光纤的物理特性的，所以无论是WDM还是TDM系统，这些参数都还是需要测量的，不过针对DWDM系统的特点，我们需要相应地对它们略做调整。

　　光功率计：以前的光功率计只需要测量单一的工作波长，现在要测量多个光通道的不同工作波长的光功率，所以光功率计要能够针对每一个通道工作波长做校准。这样才能在DWDM接收端准确测量每个通道的光功率值。

　　OTDR：OTDR的工作波长应选择在1625nm，这样可以带来许多好处：因为1625nm并不在EDFA放大的范围内，所以可以在不影响通信的情况下进行实时测量；光纤弯曲造成的衰减对长波长的影响较大，用1625nm工作波长（大于DWDM工作波长）可以发现许多潜在的问题，（如：尽管系统在安装后可能正常工作，但长时间后无法保证）。

新的仪器

　　光谱仪（OSA：Optical Spectrum Analyzer）：DWDM系统的器件与光路的参数与波长有关，测量DWDM参数的最佳仪器是光谱仪。利用光谱仪可以扫描信号的整个频谱，同时测量所有光通道的中心波长、光功率、OSNR等参数，对于DWDM系统的测量再合适不过了，关键是传统的实验室用的光谱仪又大又笨重，不适用于现场测试。
　　波长表：利用干涉原理的波长表主要在实验室用于精确地测量光源的波长，在DWDM监测中，它可以用来测量光通道的中心波长和波长飘移。尽管在实验室它的精度已经能达到0.001nm，足已满足DWDM系统的测量了，但是问题是如何改进使其适合于现场测试。

　　此外，DWDM测试设备发展非常快，新出了许多用于DWDM的测量仪表。以Bookham和Ligthchip公司为代表的光通道监测仪OCM，该设备基于解复用器以及探测器阵列，但它只能简单监测光通道信号的有无。BaySpec Inc.公司近日推出一种紧凑型低成本的IntelliGuard光通道监测仪OCPM。该设备针对100GHz分割的40通道网络。采用专利的体光栅技术。该产品可以在1ms内监测波长漂移、功率变化、SNR变化等指标。该模块适用于C和L波段，波长准确度±15pm，频谱精确度50pm，功率动态范围-40到+5dBm，通道功率准确度±0.5dB。

　　在OFC2001上，Proximion Fiber Optics AB公司推出一款创新设计的光信号监视系统Wistom。Wistom用于监测DWDM网络中的光信号，主要任务是提供早期报警。Wistom是一种介于光通道监视仪和光谱分析仪之间的设备。它采用了先进的数字信号处理技术，响应速度不到10ms。

　　嵌入式OSA的发展也很快，许多公司都有产品出现。NetTest公司有一款7520-792的嵌入式OSA可以最多测量800信道(波长间隔0.08nm)的DWDM系统；Axsun Technologies公司曾经将其缩小到一张信用卡大小，但是响应速度为1秒钟。

DWDM远程自动监测系统

　　现在的远程光缆自动监测系统是通过远程测试单元（RTU）来测量光缆的状态，然后利用LAN/WAN或PSTN把测量的结果上报到监测中心。远程测试单元配有OTDR、光功率测试模块和OATU(Optical Access Test Unit)模块。在监测中心，一般配有地理信息系统（GIS）。监测中心分析OTDR测回的曲线数据，然后能够把故障点的光路长度对应到物理位置，再配以标识电杆等可以很精确地定位出故障点的位置，便于迅速排除故障。
现在为了适应DWDM光缆网的监测，我们需要对现在的系统做升级。首先，应该在RTU上增加嵌入式的OSA和与之相配套的OTAU，这样就能够连续地测量光通道的中心波长、SNR、光功率、波长飘移等一系列参数。一旦这些参数变化超过预设的门限值，RTU自动发送告警信息到监测中心，监测中心可以根据告警信息分析OSA的数据或启动OTDR测量。

　　其次，应用程序也要做相应的调整，由于加入了OSA，应用程序必须能够对OSA的数据做预分析，这样当故障出现后可以提供给维护人员足够多的相关信息，使他们能够迅速解决故障而不用再做额外的人工测试了。由于DWDM的复杂性及测量参数多而杂，要做好这样的处理程序是不容易的，要尽可能做到使用简单和功能完备。 从表面上来看，现有的RTFS系统增加OSA模块就可以用于DWDM系统的监测了。但实际上要做的工作还很多，涉及到OSA的安装和控制，OSA数据的采集、存储、维护和结果分析等等。为了达到现场测试的要求必须做大量的实验。当然，为了使RFTS能够管理整个光缆网和监测更多的光纤，做这些工作还是值得的。

摘自《通讯世界》