無源波分系統(tǒng)在城域網中的應用探討*

封雙榮

（中通服咨詢設計研究院有限公司，江蘇 南京 210006）

0 引言

無源波分系統(tǒng)因具備大量節(jié)約接入層光纜資源、降低5G 基站光纜配套建設成本、充分利用現(xiàn)有光纜資源快速完成5G 基站建設等優(yōu)勢，已經大范圍部署用于解決5G 前傳承載需求。本文在此基礎上，提出將無源波分系統(tǒng)應用范圍進一步擴大，在城域網中應用推廣，用于解決OLT、匯聚交換機等設備的上行接入需求，以達到節(jié)約主干光纜的目的。[1]

本文將無源波分系統(tǒng)的傳輸性能與現(xiàn)網使用光模塊性能、建設成本作對比，通過理論測算，從技術和經濟性角度論證在城域網中應用無源波分系統(tǒng)的可行性。并在實驗環(huán)境和現(xiàn)網環(huán)境中，分別測試無源波分系統(tǒng)光模塊與城域網設備的適配性，以及實際帶業(yè)務鏈路傳輸質量，檢驗方案的可行性。

1 目標應用范圍

目前在現(xiàn)網中OLT 至DCSW 之間，DCSW 至MSE 之間，均是通過雙纖雙向光模塊構成點對點連接。隨著對網絡安全性要求的提升，OLT-DCSW、DCSW-MSE 均要求雙規(guī)接入，這消耗了大量的主干纖芯，給光纜網造成巨大壓力。因此計劃在OLTDCSW、DCSW-MSE 之間引入無源波分系統(tǒng)，在合適的位置插入無源波分復用器和解復用器，將承載網絡從原有的點對點結構變成多點對多點的啞鈴型拓撲結構，從而達到節(jié)省主干光纜的目的[2]。具體網絡拓撲圖結構示意圖如圖1 所示。

圖1 測試系統(tǒng)拓撲示意圖

本次實驗中進行測試的無源波分系統(tǒng)是電信運營商集采入圍廠家的成熟產品，其產品已經在5G前傳中大量應用。測試的產品包括彩光模塊、1 ∶12的復用/解復用器。選測的無源波分系統(tǒng)工作波長應符合《粗波分復用（CWDM）系統(tǒng)技術要求》規(guī)范要求。城域網設備選擇現(xiàn)網應用量較大的主流廠家的主要設備類型，包括OLT、DCSW、MSE 等關鍵設備。

2 理論測算分析

根據《粗波分復用（CWDM）系統(tǒng)技術要求》規(guī)范及電信運營商無源波分設備招標技術規(guī)范書中的參數(shù)要求，無源波分光模塊分中距和長距兩種，中距光模塊典型傳輸距離為10km，長距為15km。參考最壞值計算法計算光模塊之間所允許的最大線路衰耗（以下簡稱IL）。[3]

最壞值計算公式：IL=Ps-Pr-Pp-C-Mc

Ps：壽命終了最小平均發(fā)送功率

Pr：壽命終了最差接收靈敏度

Pp：光通道代價

C：所有活動連接器衰減之和

Mc：光纜富裕度

由于本次論證的是在不改變原有光纜資源條件的情況下，使用無源波分系統(tǒng)的替代原有光接入系統(tǒng)的可能性，因此C、Mc 值可默認為不變。與現(xiàn)有的傳輸鏈路相比，無源波分系統(tǒng)在線路中引入了無源的復用/解復用器，因此在線路中引入了額外的衰耗（以下簡稱為Ca）。通過計算比較原白光系統(tǒng)的Ps-Pr-Pp 值與無源波分系統(tǒng)Ps-Pr-Pp-Ca 之間值的大小，即可初步判斷在傳送距離上無源波分系統(tǒng)能否替代原有光模塊。

根據技術規(guī)范書要求，相關設備無源波分系統(tǒng)中距光模塊最大平均發(fā)送光功率+5.0dBm，最小平均發(fā)送光功率-1.0dBm，最大平均接收靈敏度-14.0dBm。長距光模塊最大平均發(fā)送光功率+5.0dBm，最小平均發(fā)送光功率-1.0dBm，最大平均接收靈敏度-20.0dBm。10GE 彩光光模塊Pp 典型值取2.5dBm。

表1 復用/解復用器插入損耗典型值

從表1 可以看出，理論上因為引入無源波分系統(tǒng)的復用/解復用器而造成的插損Ca 為1.5dB～5.0dB。

用最壞值計算法計算，若使用10km 光模塊，Ps 為-1.0dBm，Pr 為-14.0dBm，Pp 為2.5dB，Ca為5.OdB，則Ps-Pr-Pp-Ca 計算值為5.5dB。同理，若使用長距15km 光模塊，則Ps-Pr-Pp-Ca 計算值為11.5dB。

OLT 設備上行10GE 普通光模塊的光參數(shù)如表2 所示。

表2 OLT 上行光模塊性能參數(shù)

同樣使用最壞值法計算可以得出，10km 光模塊Ps-Pr-Pp 值為2.1dB，40km 光模塊Ps-Pr-Pp 值為9.4dB。

經比較發(fā)現(xiàn)，無源波分系統(tǒng)10km 光模塊和15km 光模塊允許的線路衰耗均大于現(xiàn)用的10km 普通白光模塊，中距的甚至超過了白光40km 光模塊。從理論計算推論出，用無源波分系統(tǒng)替代現(xiàn)有的普通白光模塊，在光模塊的性能參數(shù)上是具備一定可能性的。

3 測試驗證

測試分為設備兼容性測試和帶業(yè)務測試兩種場景。設備兼容性測試是在實驗環(huán)境下，將集采主流廠家無源波分系統(tǒng)的彩光模塊與現(xiàn)網城域網設備進行匹配，測試彩光模塊與現(xiàn)網設備的匹配情況，以及匹配后其主要性能參數(shù)與標稱值之間的差異。帶業(yè)務測試則是通過實驗室搭建的平臺上模擬加載業(yè)務，并將現(xiàn)網正在工作中的2 端城域網設備OLT 與DCSW 之間點對點光傳輸系統(tǒng)替換成無源波分系統(tǒng)的多點對多點光傳輸系統(tǒng)，并通過對其承載業(yè)務進行實時監(jiān)測，以檢驗無源波分系統(tǒng)是否會影響既有業(yè)務的承載。

3.1 設備兼容性測試

3.1.1 彩光模塊跟OLT 設備的兼容性測試

選擇現(xiàn)網中使用規(guī)模較大的2 個廠家，各自選擇2 個使用量較大的設備型號，加載無源波分系統(tǒng)光模塊進行測試，測試結果如表3 所示。

表3 彩光模塊與OLT 設備兼容性測試

從測試數(shù)據看，無源波分系統(tǒng)的彩光模塊在不同的波長段，與參與測試的兩個廠家的OLT 設備之間兼容性良好，且彩光模塊的發(fā)射功率均在-1dB～5dB 之間，符合規(guī)范要求。

3.1.2 彩光模塊跟匯聚設備的兼容性測試

選擇現(xiàn)網中使用規(guī)模較大的2 個廠家的匯聚交換機進行測試，測試結果如表4 所示。

表4 彩光模塊與匯聚設備兼容性測試

從測試情況看，無源波分系統(tǒng)的彩光模塊與參與測試其中1個匯聚交換機廠家的設備匹配度良好，且彩光模塊的發(fā)射功率符合規(guī)范要求，而與另一個廠家的設備之間出現(xiàn)了不兼容的情況。

3.1.3 彩光模塊跟MSE 設備的兼容性測試

選擇現(xiàn)網中使用規(guī)模較大的3 個廠家的MSE設備進行測試，測試結果如表5 所示。

表5 彩光模塊與MSE 設備兼容性測試

從測試數(shù)據看，無源波分系統(tǒng)的彩光模塊在不同的波長段，與參與測試的三個廠家的MSE 設備之間兼容性良好，且彩光模塊的發(fā)射功率符合規(guī)范要求。

3.1.4 復用/解復用器插損測試

選擇已經集采入圍，并在5G 建設中廣泛使用的廠家的復用/解復用器，成對連接好進行測試，分別在輸入、輸出端測試光功率，測試結果如表6 所示。

表6 復用/解復用器加入衰耗測試結果表

測試數(shù)據表明復用/解復用器引入的插入損耗基本在規(guī)范允許的范圍之內。

3.2 帶業(yè)務測試

3.2.1 實驗環(huán)境IP 中繼鏈路加載測試

在實驗室模擬OLT 至匯聚交換機場景，上行鏈路加載在無源波分系統(tǒng)上，通過測試業(yè)務數(shù)據傳送正常，對所帶的ITV 4K 業(yè)務抓包測試，各參數(shù)指標正常，無數(shù)據丟包。

3.2.2 現(xiàn)網環(huán)境鏈路測試

將現(xiàn)網中WTC 匯聚機房的OLT 設備和ZYM綜合機房匯聚交換機之間的六條鏈路，替換成無源波分系統(tǒng)進行承載。通過測試發(fā)現(xiàn)LACP 正常，與鏈路組內端口流量分擔正常，但有一條鏈路有CRC緩慢正常。

3.3 測試結論

從測試情況看，無源波分系統(tǒng)與大部分廠家的城域網設備之間兼容性良好，用彩光模塊代替原有10GE 光模塊，鏈路工作基本正常。因此從性能上看，用無源波分系統(tǒng)替代原有系統(tǒng)是具有一定可能性的。但也有少數(shù)城域網設備廠家的設備與彩光模塊兼容性不好，需要進行升級。

4 經濟性分析

隨著運營商在5G 前傳中大量應用無源波分系統(tǒng)，無源波分系統(tǒng)的器件集采價格也大幅下降，使得該系統(tǒng)具有良好的經濟性?，F(xiàn)以OLT 至DCSW之間需要3 對10GE 上行鏈路，接入距離3km 的情況為例，進行接入成本的測算比較，比較結果如表7 所示。

表7 接入成本測算對比表

通過比較可以發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)在市場上的普通光模塊價格和彩光模塊價格基本相當，而復用/解復用器價格僅為主干光纜芯千米造價的1/3 左右，在整個系統(tǒng)中成本占比很小，節(jié)省的主干光纜資源全是節(jié)約的建設成本。在這個例子中，兩個系統(tǒng)的接入成本差異達到了4567 元。所以無源波分系統(tǒng)相較于傳統(tǒng)的接入方式，在成本上具有明顯的優(yōu)勢。[4]

5 工程應用中的問題

雖然在理論上可行，但在測試過程中，尤其是現(xiàn)網測試中發(fā)現(xiàn)，要想使用無源波分系統(tǒng)，還需解決以下幾個工程問題：

（1）彩光模塊的在線管理能力開發(fā)。需要將光模塊虛擬成網元納入現(xiàn)有設備維護管理系統(tǒng)，實現(xiàn)實時在線可視化的資源管理，這需要在現(xiàn)有的設備網管系統(tǒng)中進行開發(fā)[5]。

（2）與部分設備的兼容問題。在測試中發(fā)現(xiàn)的與個別廠家設備不兼容的問題，需要協(xié)調還不兼容的城域網設備廠家進行設備軟件版本的開發(fā)和升級。

（3）與現(xiàn)有資源管理系統(tǒng)的對接。多點對多點的邏輯結構相較于現(xiàn)在的網絡結構要更加復雜，管理難度必然更大。這其中包括幾個方面的問題，一是如何實現(xiàn)在線資源配置；二是現(xiàn)有的OSS 系統(tǒng)如何去適應新的多點對多點的網絡結構，從而實現(xiàn)光路的自動派單。這都就需要去探索，并對現(xiàn)有的OSS 系統(tǒng)進行開發(fā)。

（4）安裝維護習慣。由于無源波分系統(tǒng)的安裝維護較傳統(tǒng)光模塊復雜，彩光模塊類型多，且必須成對匹配，跳纖變復雜，這些都要求維護人員要有更強的專業(yè)技能。

（5）無源波分系統(tǒng)自身產品質量。在5G 前傳剛大規(guī)模應用之初，曾出現(xiàn)無源波分系統(tǒng)大面積故障的問題，給建設維護帶來巨大困擾。因此提高產品自身的穩(wěn)定性、可靠性，降低設備故障率，才能給用戶帶來信心。

6 結語

通過理論探究、實驗環(huán)境測試和現(xiàn)網測試，證明在城域網中引入無源波分系統(tǒng)在技術上和經濟上均是可行的。運營商可以結合現(xiàn)網資源情況，在主干光纜纖芯資源比較緊張的段落，可以適當引入無源波分系統(tǒng)進行試點。并在試用過程中同步摸索資源管理和配置的方式方法，需做好支撐系統(tǒng)的配套開發(fā)升級，以支撐無源波分系統(tǒng)更加復雜的網絡結構和資源使用維護要求。