光纤自动切换系统概述

【摘 要】目前国内已有一些光层保护有着上层业务保护不可比拟的优点。光缆光纤自动切换保护技术光层恢复可靠性高、速度快、成本低，同时可以对不同业务提供保护。本论文主要对光缆光纤自动切换保护技术进行详细分析，并介绍了自动切换系统的基本原理及硬件的基本组成结构。

【关键词】自动切换；光缆光纤；光功率

一、光缆光纤自动切换保护技术分析

光缆光纤自动切换保护技术是对光传输层的保护，控制的机制只针对光纤路由，与传输设备关系影响较小，不存在兼容问题，容易组成光路保护网络。光缆光纤自动切换保护技术应用存在的主要问题是备用路由的条件是否满足光路自动切换技术。备用光纤路由的选择应该与受保护的主用光纤路由在不同结构的两条光缆上，如一级干线的第二路由不具备这种条件，可利用二级干线或本地网同向光缆作备用路由。

在近几年内没有SDH自愈保护功能的一级光缆干线，应用光缆光纤自动切换保护技术是在光层完成路由切换操作，同时随着1X2、2X2光开关器件的应用而产生的，保护对象是光纤物理路由，应用前提是具有备用的光纤路由。光缆光纤自动切换保护技术是提高干线无阻断通信的最佳解决方案。下面将对这一技术进行介绍和探讨。

光缆光纤自动切换保护设备接入干线传输系统时基本不会影响传输特性。实际上，切换设备只接入两种光器件：光开关和分光器。光开关有多种类型，根据其工作原理的不同，在性能指标方面有很大的差异，主要关心插入损耗和开关时间两个参数。为减少对传输系统的影响，应选择插入损耗低、开关时间短的光开关。据相关资料介绍，法拉第电磁光效应对光开关的插入损耗为1.3～1.7dB，一般情况下对传输系统影响较小。法拉第电磁光效应对光开关的开关时间为3O us，远小于复用段保护或通道保护的保护切换时间，可以满足保护信号传输对差动时延的要求。上述的切换时间是理论值，实际应用中还是应该使用SDH分析仪测量光路自动切换保护系统的保护切换时间，根据其是否满足能在保护业务层的光传输电路上的使用[4]。应尽量选择灵敏度高的光探测器，以减小分光器对系统增加的光损耗。光开关和分光器这两种光器件的性能指标对于传输系统是十分重要的，为达到要求，干线上所使用的设备一般是采用进口优质产品。图1所示说明了接入传输系统光器件的连接方式。

二、光路自动切换的基本原理

系统基本原理利用3：97的1×2光耦合器件，将3%的通信光信号采集到光功率实时监测单元。光功率监测单元将采集到的光功率值与预定门限值进行比较分析，当工作光功率下降到预定的门限值时，向主控单元发出光路切换请求。主控单元根据OTDR（光时域反射测试仪）测试单元周期性测试得到备用通道好坏，决定是否进行切换。如果备用通道正常，主控单元则通过光路切换单元，控制两个光开关（发和收）同时动作，由直通模式变为交叉模式，对端也会因收到的光功率值低于门限值而同样进行切换，从而将光信号切换到备用通道。同时，OTDR测试单元将根据主控单元的指令，对主用光纤通道进行故障测试，确定其故障的位置。主控单元将测试到的光纤断裂位置等测试结果上报到监控中心（MC）。监控中心通过呼叫固定电话、移动电话等多种通信方式通知维护人员进行抢修，并在监控中心告警图上，以声音、颜色变化的形式，直观显示告警信息。如果备用通道也发生故障，则只需进行故障测试和告警，将业务恢复任务交上层（SDH层、IP层等）完成。如果通过OTDR测试单元测试，发现主用通道正常，则可判断为不是光纤故障，而是其他原因导致光功率告警，如光端机不发光等。当主用通道修复完毕后，由监控中心向两端站发出光路恢复指令，两个端站的光开关同时动作，将光路恢复到主用通道。

三、系统硬件结构

光缆光纤自动切换系统由监控站（MS）和监控中心（MC）组成。监控站包括光功率监测单元（OPMU）、光路切换单元（OSU）、OTDR测试单元、光纤测试选路单元、主控单元和网络通信单元。监控站的硬件结构如图2所示。

光功率监测单元由3：97分光器、光检测电路、通道选择电路、多段放大电路、MD转换电路、CPU单元、串行接口电路等部分组成，如图2-4所示。完成光电信号的转换、信号放大、模/数转换、光功率值计算及比较分析等功能，并将告警信息（告警类型、端口号、光功率值等）传送到主控单元，也可根据主控单元的要求将各路光功率值输出到主控单元。

光路切换单元根据来自主控单元的串行接口的控制信号，实现对收、发两个光开关（一组）的状态控制，实现主、备用光通道的切换。单元由三部分组成：控制交互部分、驱动部分和光开关。

OTDR测试单元采用单模1550nm单波长OTDR卡，通过总线接口与主控单元CPU相连。OTDR测试单元配合光纤测试选路单元完成对备用通道的周期性测试和主用通道故障时的故障定位测试。

光纤测试选路单元通过25针并口插座与主控单元并口相连，来了解光纤测试选路单元运行情况。主控单元是整个监控站的控制中心，采用显示控制一体化工业控制计算机，具有标准化接口。光缆光纤自动切换保护系统可以实现光功率监测、光路自动切换和保护网络管理的功能。其中主控模块可控制光功率监测模块和光路切换模块之间的协调工作，比值为3在干线上应用比较合适，相当于在传输线路上增加了约0.2dB的损耗。光路切换模块主要包含1X2或2X2光开关，受控完成在主、备用光通道之间的切换操作。切换控制过程为：光功率探测器实时采集通过分光器传来的光功率值，并上报给主控模块，主控模块进行计算比较，决定是否下达切换指令，光开关模块收到指令后执行相应的切换动作。

参考文献：

[1]熊佩华.光纤通道在分相差动保护中的应用.浙江：浙江电力出版社，2004：17

[2]粱芝贤.利用光纤通道传输保护信号.电力系统通信，2005：23

[3]李梅等.光纤通信原理及应用.北京：中国水利出版社，2005：23