无源波分系统在城域网中的应用探讨*

封双荣

（中通服咨询设计研究院有限公司，江苏 南京 210006）

0 引言

无源波分系统因具备大量节约接入层光缆资源、降低5G 基站光缆配套建设成本、充分利用现有光缆资源快速完成5G 基站建设等优势，已经大范围部署用于解决5G 前传承载需求。本文在此基础上，提出将无源波分系统应用范围进一步扩大，在城域网中应用推广，用于解决OLT、汇聚交换机等设备的上行接入需求，以达到节约主干光缆的目的。[1]

本文将无源波分系统的传输性能与现网使用光模块性能、建设成本作对比，通过理论测算，从技术和经济性角度论证在城域网中应用无源波分系统的可行性。并在实验环境和现网环境中，分别测试无源波分系统光模块与城域网设备的适配性，以及实际带业务链路传输质量，检验方案的可行性。

1 目标应用范围

目前在现网中OLT 至DCSW 之间，DCSW 至MSE 之间，均是通过双纤双向光模块构成点对点连接。随着对网络安全性要求的提升，OLT-DCSW、DCSW-MSE 均要求双规接入，这消耗了大量的主干纤芯，给光缆网造成巨大压力。因此计划在OLTDCSW、DCSW-MSE 之间引入无源波分系统，在合适的位置插入无源波分复用器和解复用器，将承载网络从原有的点对点结构变成多点对多点的哑铃型拓扑结构，从而达到节省主干光缆的目的[2]。具体网络拓扑图结构示意图如图1 所示。

图1 测试系统拓扑示意图

本次实验中进行测试的无源波分系统是电信运营商集采入围厂家的成熟产品，其产品已经在5G前传中大量应用。测试的产品包括彩光模块、1 ∶12的复用/解复用器。选测的无源波分系统工作波长应符合《粗波分复用（CWDM）系统技术要求》规范要求。城域网设备选择现网应用量较大的主流厂家的主要设备类型，包括OLT、DCSW、MSE 等关键设备。

2 理论测算分析

根据《粗波分复用（CWDM）系统技术要求》规范及电信运营商无源波分设备招标技术规范书中的参数要求，无源波分光模块分中距和长距两种，中距光模块典型传输距离为10km，长距为15km。参考最坏值计算法计算光模块之间所允许的最大线路衰耗（以下简称IL）。[3]

最坏值计算公式：IL=Ps-Pr-Pp-C-Mc

Ps：寿命终了最小平均发送功率

Pr：寿命终了最差接收灵敏度

Pp：光通道代价

C：所有活动连接器衰减之和

Mc：光缆富裕度

由于本次论证的是在不改变原有光缆资源条件的情况下，使用无源波分系统的替代原有光接入系统的可能性，因此C、Mc 值可默认为不变。与现有的传输链路相比，无源波分系统在线路中引入了无源的复用/解复用器，因此在线路中引入了额外的衰耗（以下简称为Ca）。通过计算比较原白光系统的Ps-Pr-Pp 值与无源波分系统Ps-Pr-Pp-Ca 之间值的大小，即可初步判断在传送距离上无源波分系统能否替代原有光模块。

根据技术规范书要求，相关设备无源波分系统中距光模块最大平均发送光功率+5.0dBm，最小平均发送光功率-1.0dBm，最大平均接收灵敏度-14.0dBm。长距光模块最大平均发送光功率+5.0dBm，最小平均发送光功率-1.0dBm，最大平均接收灵敏度-20.0dBm。10GE 彩光光模块Pp 典型值取2.5dBm。

表1 复用/解复用器插入损耗典型值

从表1 可以看出，理论上因为引入无源波分系统的复用/解复用器而造成的插损Ca 为1.5dB～5.0dB。

用最坏值计算法计算，若使用10km 光模块，Ps 为-1.0dBm，Pr 为-14.0dBm，Pp 为2.5dB，Ca为5.OdB，则Ps-Pr-Pp-Ca 计算值为5.5dB。同理，若使用长距15km 光模块，则Ps-Pr-Pp-Ca 计算值为11.5dB。

OLT 设备上行10GE 普通光模块的光参数如表2 所示。

表2 OLT 上行光模块性能参数

同样使用最坏值法计算可以得出，10km 光模块Ps-Pr-Pp 值为2.1dB，40km 光模块Ps-Pr-Pp 值为9.4dB。

经比较发现，无源波分系统10km 光模块和15km 光模块允许的线路衰耗均大于现用的10km 普通白光模块，中距的甚至超过了白光40km 光模块。从理论计算推论出，用无源波分系统替代现有的普通白光模块，在光模块的性能参数上是具备一定可能性的。

3 测试验证

测试分为设备兼容性测试和带业务测试两种场景。设备兼容性测试是在实验环境下，将集采主流厂家无源波分系统的彩光模块与现网城域网设备进行匹配，测试彩光模块与现网设备的匹配情况，以及匹配后其主要性能参数与标称值之间的差异。带业务测试则是通过实验室搭建的平台上模拟加载业务，并将现网正在工作中的2 端城域网设备OLT 与DCSW 之间点对点光传输系统替换成无源波分系统的多点对多点光传输系统，并通过对其承载业务进行实时监测，以检验无源波分系统是否会影响既有业务的承载。

3.1 设备兼容性测试

3.1.1 彩光模块跟OLT 设备的兼容性测试

选择现网中使用规模较大的2 个厂家，各自选择2 个使用量较大的设备型号，加载无源波分系统光模块进行测试，测试结果如表3 所示。

表3 彩光模块与OLT 设备兼容性测试

从测试数据看，无源波分系统的彩光模块在不同的波长段，与参与测试的两个厂家的OLT 设备之间兼容性良好，且彩光模块的发射功率均在-1dB～5dB 之间，符合规范要求。

3.1.2 彩光模块跟汇聚设备的兼容性测试

选择现网中使用规模较大的2 个厂家的汇聚交换机进行测试，测试结果如表4 所示。

表4 彩光模块与汇聚设备兼容性测试

从测试情况看，无源波分系统的彩光模块与参与测试其中1个汇聚交换机厂家的设备匹配度良好，且彩光模块的发射功率符合规范要求，而与另一个厂家的设备之间出现了不兼容的情况。

3.1.3 彩光模块跟MSE 设备的兼容性测试

选择现网中使用规模较大的3 个厂家的MSE设备进行测试，测试结果如表5 所示。

表5 彩光模块与MSE 设备兼容性测试

从测试数据看，无源波分系统的彩光模块在不同的波长段，与参与测试的三个厂家的MSE 设备之间兼容性良好，且彩光模块的发射功率符合规范要求。

3.1.4 复用/解复用器插损测试

选择已经集采入围，并在5G 建设中广泛使用的厂家的复用/解复用器，成对连接好进行测试，分别在输入、输出端测试光功率，测试结果如表6 所示。

表6 复用/解复用器加入衰耗测试结果表

测试数据表明复用/解复用器引入的插入损耗基本在规范允许的范围之内。

3.2 带业务测试

3.2.1 实验环境IP 中继链路加载测试

在实验室模拟OLT 至汇聚交换机场景，上行链路加载在无源波分系统上，通过测试业务数据传送正常，对所带的ITV 4K 业务抓包测试，各参数指标正常，无数据丢包。

3.2.2 现网环境链路测试

将现网中WTC 汇聚机房的OLT 设备和ZYM综合机房汇聚交换机之间的六条链路，替换成无源波分系统进行承载。通过测试发现LACP 正常，与链路组内端口流量分担正常，但有一条链路有CRC缓慢正常。

3.3 测试结论

从测试情况看，无源波分系统与大部分厂家的城域网设备之间兼容性良好，用彩光模块代替原有10GE 光模块，链路工作基本正常。因此从性能上看，用无源波分系统替代原有系统是具有一定可能性的。但也有少数城域网设备厂家的设备与彩光模块兼容性不好，需要进行升级。

4 经济性分析

随着运营商在5G 前传中大量应用无源波分系统，无源波分系统的器件集采价格也大幅下降，使得该系统具有良好的经济性。现以OLT 至DCSW之间需要3 对10GE 上行链路，接入距离3km 的情况为例，进行接入成本的测算比较，比较结果如表7 所示。

表7 接入成本测算对比表

通过比较可以发现，现在市场上的普通光模块价格和彩光模块价格基本相当，而复用/解复用器价格仅为主干光缆芯千米造价的1/3 左右，在整个系统中成本占比很小，节省的主干光缆资源全是节约的建设成本。在这个例子中，两个系统的接入成本差异达到了4567 元。所以无源波分系统相较于传统的接入方式，在成本上具有明显的优势。[4]

5 工程应用中的问题

虽然在理论上可行，但在测试过程中，尤其是现网测试中发现，要想使用无源波分系统，还需解决以下几个工程问题：

（1）彩光模块的在线管理能力开发。需要将光模块虚拟成网元纳入现有设备维护管理系统，实现实时在线可视化的资源管理，这需要在现有的设备网管系统中进行开发[5]。

（2）与部分设备的兼容问题。在测试中发现的与个别厂家设备不兼容的问题，需要协调还不兼容的城域网设备厂家进行设备软件版本的开发和升级。

（3）与现有资源管理系统的对接。多点对多点的逻辑结构相较于现在的网络结构要更加复杂，管理难度必然更大。这其中包括几个方面的问题，一是如何实现在线资源配置；二是现有的OSS 系统如何去适应新的多点对多点的网络结构，从而实现光路的自动派单。这都就需要去探索，并对现有的OSS 系统进行开发。

（4）安装维护习惯。由于无源波分系统的安装维护较传统光模块复杂，彩光模块类型多，且必须成对匹配，跳纤变复杂，这些都要求维护人员要有更强的专业技能。

（5）无源波分系统自身产品质量。在5G 前传刚大规模应用之初，曾出现无源波分系统大面积故障的问题，给建设维护带来巨大困扰。因此提高产品自身的稳定性、可靠性，降低设备故障率，才能给用户带来信心。

6 结语

通过理论探究、实验环境测试和现网测试，证明在城域网中引入无源波分系统在技术上和经济上均是可行的。运营商可以结合现网资源情况，在主干光缆纤芯资源比较紧张的段落，可以适当引入无源波分系统进行试点。并在试用过程中同步摸索资源管理和配置的方式方法，需做好支撑系统的配套开发升级，以支撑无源波分系统更加复杂的网络结构和资源使用维护要求。