铁路通信骨干传输网京沪穗、东南环改造工程建设经验总结及关键技术指标研究

胡 新

铁路通信骨干传输网京沪穗、东南环改造工程是落实铁路总公司 《十二五铁路通信网规划》首次进行的铁路通信骨干传输网1／4号环建设项目。新建骨干传输网1／4号以京广客专、京九铁路、京沪高铁及沿海通道为三条纵向，郑徐客专、沪汉蓉通道、杭长客专、向蒲铁路、赣龙线及龙厦线为五条横向，形成“三纵五横”的组网结构，涉及铁路总公司和北京、郑州、武汉、济南、上海、南昌、广铁 （集团）等7个铁路局，覆盖我国华北、华中、华东和华南经济最发达地区的铁路干线。网络采用光传送网 （OTN）和同步数字系列 （SDH）技术体制，其中光传送网 （OTN）采用40波系统，按单波10Gb／s和单波100Gb／s混合组网，同步数字系列 （SDH）采用多业务传送平台 （MSTP）技术，利用光传送网 （OTN）波道组建多个四纤双向复用段保护环。网络节点设置在总公司、铁路局、铁路枢纽等重要节点，为总公司至铁路局、各铁路局间提供业务承载，为铁路汇聚／局干传输系统提供上层保护通道。

1 工程建设主要经验

为适应骨干通信网全程全网的技术特性，满足骨干通信网统一管理的基础要求，京沪穗、东南环改造工程按照 “统一方案、统一标准、统一制式、统一实施”原则，采用总公司统一组织，相关铁路局共同实施的建设模式。建设流程分为设计、采购、施工三个主要阶段，包含可研及初设、技术规格书编制、主设备及附属配套设备采购、到货组织、设计联络、首站定标、施工组织、工程调试、质量测试、验收组织等11项内容。

设计阶段主要完成可研方案和初步设计方案的编制和论证，重点确定总体技术方案，明确建设总体范围。采购阶段主要任务是做好主设备技术规格书编制，按采购流程依法合规实施主设备及附属配套设备采购工作。施工阶段是工程的实战阶段，主要任务是安全、规范、有序地完成到货组织、设计联络、首站定标、施工组织、工程调试、质量测试、验收组织、试运行等各项工作，确保工程按期保质完成。

在工程建设过程中，重点做好了强化组织领导、统一方案标准、详细技术论证、精细过程控制、严把验收测试等几方面工作。

1．总公司统筹组织，各铁路局密切协同，同步可研、同步设计、联合采购、同步实施，是确保项目总体阶段按期保质完成的基础。

2．由承担总公司节点的建设单位、设计单位作为技术标准、组网方案的总牵头，联系和协调其他参建单位，统一全网组网方案、系统技术制式，协调确定局间、网间接口技术要求，统一技术规格。这是实现骨干传输网全程全网技术、管理要求的有效方式。

3．周密组织技术研究论证。针对工程首次采用的单波100Gb／s光传送网 （OTN）技术，在前期可研设计阶段组织科研院所搭建测试平台，研究、论证国内各主流厂家设备的主要功能特性和技术指标，为完善、优化设计方案提供了重要技术支撑。

4．各单位电务管理部门在施工阶段主动上手，充分发挥专业技术优势，组织、协调、指导相关部门和单位全程把控过程管理，确保到货、安装、调试、测试、验收各环节有序推进，按期完成。

5．严把验收测试结果。在工程质量测试阶段，统筹组织测试工作，详细研究、制定测试方法和方案，严格把控测试指标，确保系统各项质量指标符合要求。

2 关键技术指标研究

光传送网 （OTN）是整个系统的基础，也是工程建设调试过程中的工作重点和技术难点。关键技术指标如下。

2．1 光信噪比 （OSNR）

光信噪比 （OSNR）是衡量光传送系统质量的核心指标，用于检验被测点光信号功率和噪声功率的比值，直接反应信号的质量。

2．1．1 测试参考点选择

光传送网 （OTN）系统参考点如图1所示。

测试参考点1，即MPI－SM点是发送端光传送网 （OTN）设备经光放大器增益后进入光缆线路的节点，该点测试所得的OSNR用于检验单机设备发送端光信号质量。

测试参考点2，即 MPI－RM点是经光缆线路、光接口板 （如有）、OLP保护装置 （如有）等进入接收端光传送网 （OTN）设备放大器之前的节点，该点测试所得OSNR用于检测接收端信号质量。

测试参考点3，是在测试参考点2之后经各级光放大器、色散补偿 （如有）进入分波器之前的节点，该点测试所得OSNR用于更全面的检测接收端信号质量。

在工程建设调试及验收测试中，可对测试参考点1进行抽测检验，应对测试参考点2、测试参考点3进行重点检验，并优先选择测试参考点3作为工程建设调试及验收测试的参考测试点。

图1 光传送网 （OTN）系统参考点

2．1．2 接收端OSNR测试指标

接收端OSNR测试指标应按照单波10Gb／s系统和单波100Gb／s系统分别给定。

单波10Gb／s系统OSNR指标，应按照 《波分复用 （WDM）光纤传输系统工程设计规范》（YD／T 5092），根据系统的光传送段设计模型选定；或按照系统接收机光性噪比容限加上5dB OSNR系统代价和余量进行给定。以3×33dB模型为例，信噪比指标为20dB，同时根据接收机信噪比容限计算信噪比指标为16．5dB，两者取高值20dB作为系统质量指标。

单波100Gb／s系统应根据 《N×100Gb／s光波分复用 （WDM）系统技术要求》 （YD／T 2485），采用相似方法给定。在京沪穗、东南环改造工程中，取18．5dB作为系统质量指标。 （注：随着纠错和判决技术的发展，单波100Gb／s系统接收端信噪比容限进一步降低，因此接收端信噪比指标要求可进一步降低，业界正在进行有关研究论证。）

2．2 光线路保护技术 （OLP）

光线路保护技术 （OLP）是在发送端将发送信号经放大器放大后，通过分光单元等分成2路送入不同的2根光纤线路传送，在接收端同时接收2路信号，并优选光功率质量较好的一路，以提高系统可靠性，避免光缆单路中断对系统正常运行造成影响，系统原理如图2所示。其主要技术指标包括自动切换时间和自动倒换门限。

图2 OLP系统原理图

2．2．1 自动切换时间

自动切换时间是从OLP装置监测到光纤线路出现故障导致信号异常开始，到经光纤线路自动切换系统实现切换后信号恢复正常的时间。根据《光纤线路自动切换保护装置技术条件》 （YD／T1529），双发选收工作模式下自动切换时间应＜25ms。在实际工程测试中，单独对端到端光线路倒换进行测试难以搭建测试环境，因此采用从两端客户侧引入测试信号，通过客户侧端到端业务受损时间，来反映OLP自动切换时间，业务受损时间应＜50ms。

2．2．2 自动倒换门限

通常情况下，当OLP检测到工作光纤光信号丢失，会立即启动倒换。自动倒换门限是指OLP装置监测到主用光纤线路收光功率发生劣化，启动切换或触发告警的门限，此时工作光纤信号并未完全丢失，而是性能指标已劣于保护光纤。在工程调试及运行维护中应在确保系统正常运行的基础上，尽量控制切换发生概率，降低切换过程对业务影响。因此切换门限的设置应根据接收机接收灵敏度、工作光纤、保护光纤工程调试值综合确定。首先门限值不应低于接收机灵敏度并宜预留2～3dB余量，其次工程中工作光纤、保护光纤光功率应尽量调平，功率差不宜大于3dB，最后切换门限宜按照低于主用光纤工程调试值5dB设置，或按照低于保护光纤工程调试值2～3dB设置，告警门限值应按照维护余量和光缆维护指标要求综合确定。一般在工程建设中宜将切换门限设置为5dB、告警门限设置为3dB。

2．3 单波入纤光功率

单波入纤光功率指单波光信号通过合波器，经光放大器放大后进入光缆线路的单波光功率，发送信号流程见图3。其中，

图3 发送信号流程图

在工程调试中，需要将各单波功率调至平衡，所以P1＝P2＝……＝PN，假设均为P0，则上式可简化为：

P单1为经过放大器后的单波平均光功率。

P单2接口插入损耗后进入光纤线路的单波平均光功率。

理论上，发送端发送光功率越高，经光缆线路传送后到达接收端的收光功率越高，但在工程实践中却要受到放大器发送总功率P总2和线路发送总功率P总3的限制。依据有关标准规定和主流设备实际情况，放大器的总输出光功率不能无限增大，目前主要有20dBm和23dBm二种，因此根据公式3和公式4可知：

N表示系统最大波道数量，为了尽可能提高发送端光功率，应严格按照系统的设计容量取定N值。对于满配置容量不超过36波的系统，计算可得，在放大器总输出光功率为20dBm时，P单1为4．5dBm；在放大器总输出光功率为23dBm时，P单1为7．5dBm。

实际上，光纤线路传送过程中存在非线性效应的影响，进入光纤线路的光功率过高，非线性效应负面影响会超过发送光功率提升对接收端光性能质量提升的影响，所以按照标准规定，对于系统容量40波、单波100Gb／s系统，进入光纤线路的单波平均光功率为4dBm。根据公式4和公式6，P单2＝P单1－L2，在京沪穗、东南环工程中，L2主要包括OLP板插入损耗3．5dB和线路接口板1．5dB，因此P单2最大为2．5dBm，满足标准规范要求。

2．4 时间同步传递技术 （1588V2）

随着铁路通信无线网逐步向LTE等宽带无线技术演进以及铁路信息化业务的快速发展，对时间同步性能的要求越来越高，1588V2作为高精度的地面时间同步方案，较传统时间同步方案具有精度高、成本低、技术实现简单等优点。铁路通信骨干传输网作为基础承载网，将负责承载时间同步信号的传递，因此在当前及今后建设过程中，要求新建光传送网 （OTN）应具备1588V2时间传递能力，具备条件的应同步实现功能。IEEE1588协议同步原理见图4。

图4 1588V2协议同步原理图

同步过程：

t1时刻主控机发送同步消息报文，带t1时刻信息。t1的时刻值由主控机通过MAC层以下的逻辑直接填充。

t2时刻客户机接收到同步消息报文。

t3时刻客户机发送时延请求消息报文。

t5时刻主控机发送时延响应消息报文，携带t4时刻信息。

假设主控机和客户机初始的时间差为offset，主控机与客户机间传输延时为delay。

根据公式8、公式9可得：

可以看出，以上公式是建立在t1到t2阶段的delay数值和t3到t4阶段的delay数值一样的前提下，即收、发双方向传输延时完全对称，但在实际工程中必然会存在双向延时不一致情况，从而引入误差，因此在1588V2技术实现方式选择及工程调试阶段要努力消除双向延时不对称误差，以提高精度和可靠性，主要方法如下。

1．优先使用监控信道来传递1588V2协议，监控信道不经过交叉板、合／分波器、放大板，受系统处理延时双向不对称影响较小。

2．采用单纤双向或同缆双纤双向工作模式，尽量减少光纤线路双向物理传输延时差。两种工作模式各有优缺点，单纤双向模式虽然光纤物理长度一致，但收／发不同波长信号在光纤材质中传输速率不一致会引起误差，双纤双向模式则存在光纤物理长度不一致引起误差情况，均需要通过计算后设置补偿。

3．对于承载时间同步链路，且配置有OLP保护或光复用段保护 （OMSP）的区段，应将切换模式设置为双向保护倒换模式。

4．要合理设置延时测量周期，或在每次发生倒换后手动启动延时测量。

3 总结

铁路通信骨干传输网京沪穗、东南环改造工程的顺利完成，为铁路通信传输网后续建设和维护管理积累了经验、奠定了基础。要继续完善本次工程建设过程中的建设组织形式和工作流程，用于指导后续铁路通信骨干建设，对关键技术和指标，在后续工程建设中应结合工程具体情况，重点研究把控，确保工程建设质量。

［1］ 中华人民共和国铁道部 ．铁运〔2013〕10号 ．关于发布《十二五铁路通信网规划》的通知［S］．2013．

［2］ 中国铁路总公司办公厅 ．铁总办运〔2014〕34号 ．关于加快推进铁路骨干通信网改造工作的通知［S］．2014

［3］ YD／T 5092－2014．波分复用（WDM）光纤传输系统工程设计规范［S］．

［4］ YD／T 2485－2013．N×100Gb／s光波分复用（WDM）系统技术要求［S］．

［5］ YD／T 1529－2006．光纤线路自动切换保护装置技术条件［S］．