光纤在线监测

悠悠下雨

光网络智能化的演进越来越快，但智能化多集中在网络层及以上的层面，底层特别是作为整个光网络物理基础的光纤的质量、以及光纤资源的可视化、可调度化、智能化实时在线管理一直以来没有太大的进展，实现对在线光纤链路质量进行实时监测以及光纤资源动态管理可能会成为未来强健、自动化、智能化、可调度化光网络的一项关键技术。
当前光网络中光纤资源的里程数及管理复杂度都在急剧增长中，而传统的、效率低下的人工维护已难以高效支撑现代光网络的高质量要求。

   作为一项能够契合上述需求变革方向的新技术，传送网用在线式OTDR（以下简称在线式OTDR）日益成为WDM系统中的一个新的必备组件单元。不同于传统OTDR仪表或者离线式OTDR模块，当需要对在线光纤链路进行实时监测时，需要考虑对于在线光纤链路中，由于EDFA、Raman、Hybrid（EDFA+Raman）等光放大器开启时，以及单个或者多个波长承载业务运行时，系统中的噪声（可能来源于光放大器的ASE，信号光的串扰以及非线性产物等）会对在线光纤质量监测产生巨大影响。

因此，在线式OTDR需要根据WDM传送网的系统特征做必要的技术研究，以解决历史上无法对传送网在线光纤链路进行实时监测的问题。
在线式OTDR在系统中应用的几种可能实现方式及应用方式如下：
方式一 波分复用在线式OTDR
根据使用波段的差别，这种方式又可具体分为两种细分方式。
1>L band波分复用在线式OTDR
   在该种应用方式下，在线式OTDR借用当前L band空闲波段，在主光路上以波分复用的方式接入到现网中（图中e-OTDR即上文所提到在线式OTDR，图中OA即上文提到的光放大器，下同）。应用拓扑示意如下：



   需要说明的是，上图只示意了OTDR从发送端接入的应用场景；OTDR也可以从接收端接入系统。
这种应用方式的优点在于：
动态范围较大，对于系统中ASE的抑制有较好的效果，可对100Km以上光纤链路进行实时在线连续监测。原因在于可使用多种L-band激光器，激光器输出功率和波长及谱宽等性能均不用有太苛刻的要求，可获得性及成本方面有一定优势。
其缺点在于：
a.需要在主光路插入额外WDM，给主光路带来额外插损；此外对存量老网络升级操作不便；
b.近年来越来越多的系统向C+L-band扩展，现有的L-band OTDR将会与扩展后的系统产生波长冲突；

2>OSC band波分复用在线式OTDR
   在该种应用方式下，在线式OTDR借用OSC band（如1510±10nm）内的空闲波长，跟OSC模块以波分复用的方式从OSC band接入到现网中。应用原理如下：



需要说明的是，上图只示意了OTDR从发送端接入的应用场景；OTDR也可以从接收端接入系统。
这种应用方式的优点在于：
a.无需改动现有主光路，不增加主光路损耗。因此对于存量老网络的平滑升级和新系统部署均非常容易；
b.动态范围较大，对于系统中ASE及噪声的抑制有较好的效果，可对100Km以上在线光纤链路进行实时在线连续监测；
c.兼容C及C+L-band系统。
其缺点在于：
a.需要在OSC通路加入额外WDM，引入了额外的0.5dB插损；
b.由于使用定制激光器导致1:1使用时成本相对较高。但在实际应用中，可根据系统特征，跟1*N光开关连用，可大幅降低单线路监控成本；

方式二 时分复用在线式OTDR
   在该种应用方式下，在线式OTDR复用OSC工作波长（共用同一个激光器），跟OSC模块以时分复用方式接入到现网中。应用拓扑示意如下：



   需要说明的是，上图示意了从发送端接入的应用场景；但是由于复用了OSC激光器，OTDR需要跟OSC发射方向相同，限制了该方式下OTDR从OA接收端接入。
这种应用方式的优点在于：
a.无需改动主光路。因此对于新网络部署和老网络的平滑升级部署均非常容易；
b.单线路监控成本较低。原因在于OTDR跟OSC模块共用同一个激光器，分摊了部分硬件成本；
其缺点在于：
a.需要在OSC光路插入额外光器件（如耦合器等类似器件）、增加了OSC光路的插损。其根本原因在于由于激光器复用，为了实现OTDR功能需要在OSC光路中插入额外光器件；
b.需要在网管层面对OSC业务的传送进行间断控制以协调OTDR扫描窗口对特定时隙的独占性；
c.动态范围较低。由于大批量使用的OSC用激光器功率相对非常小（一般2mW左右），所以实现OTDR功能时动态范围较低；
d.受限于只能从发送端接入，且激光器谱宽较宽，在线性能更易受到系统ASE的影响，在线性能较差。
NOTE：以上所提到动态范围，均遵循IEC61746 RMS动态范围定义。
下表将上述三种拓扑的应用特性做简单小结：