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1、专题一专题一光通信系统的光辐射安全光通信系统的光辐射安全20061110专题背景 今年我网两次割接之后(郑州站街20060510、潮州引接缆割接20061027)，均引起多块OA故障的现象。在以后的光缆中断与割接中，我们需要将80G波分设备的APSD功能与、LASER DELAY功能打开。在这之前，这两个功能未打开。 针对此情况，我们需要弄清下列相关概念： 80G：APSD功能、LASER DELAY功能原理; OLS1.6T：APSD功能原理; BWS1.6T：ALS、ALC、IPA、APE功能原理； APR功能。名词解释激光器的光辐射安全激光器的光辐射安全 与其他普通光源不同，激光器产生的
2、激光由于其单色性、相干性、准直性以及高能量密度而更能达到能量集中的效果，从而对人体器官（特别是人眼）造成伤害。对于红外谱区的激光，其对人体的伤害主要是热效应，对蓝光及紫光谱区的激光，其伤害主要是光化学效应。因此，当人眼由于不小心直接面对从激光器或者光纤接头处出射的激光时，就可能对眼睛造成伤害。而如果是紫外激光，就可能导致角膜发炎与白内障。对于目前使用的1550nm激光器，其工作在远红外波段，其主要是对角膜及眼球晶体造成伤害。 在美国，FDA ( Food and Drug Administration ) 属下的 CDRH ( Center for Devices and Radiologic
3、al Health ) 负责对激光器产品的相关安全指标进行控制。根据其对人身的潜在危险程度，激光器产品被分成四级，并且规定了详细的测试与管理规范。ANSI (American National Standards Institute)也专门制订了两个标准 ( Z136.1,z136.2 )对其使用进行了规范，其中Z136.1是关于激光器的安全使用的标准，Z136.2是关于以LD与LED作为光源的光纤通信系统的安全使用的标准。在美国以外，IEC ( International Electrotechnical Commission ) 在其825号文献中也对激光器的基本安全问题作了要求，与CDR
4、H基本相似。 根据激光器光辐射的不同，CDRH与IEC把激光器与激光器制品分成四级，其分级的依据是可处理辐射极限AEL ( Accessible emission limit)，即AEL是每一级激光器及激光器制品允许的最大辐射。AEL与波长以及在辐射下暴露时间都有关系。 第一级(Class 1)：在正常操作情况下，不会产生对人有伤害的光辐射。 第二级(Class 2)：其辐射范围在可见光谱区，其AEL值相当于在第一级产品的辐射中暴露0.25秒时的值。该级产品需要附加警告标记，进行安全测试。 第三级(class 3a & class 3b)：分成3a与3b两级。3a级别对于具有对强光正常躲避反应
5、的人来说，不会对裸眼造成伤害，但是对于通过使用透镜仪器进行观察的情况，就会对人眼造成伤害。3b级产品包括在200nm至1000000nm范围内的辐射，如果裸眼直视就会造成意外伤害。对其的管理及控制要比第二级严格。 第四级(class 4)：AEL在第三级以上，不但在直视时会对人眼造成伤害，在其他情况下也会造成以外伤害。不但对眼睛，也可能伤及皮肤，甚至引起火灾。对该类产品要进行严格的管理及控制。 根据CDRH标准，对于使用1550nm激光器以及单模光纤的光纤通信系统，第一级产品的输出功率应在8.5mW以下，大于500mW就是第四级。根据IEC标准，对于使用1550nm激光器以及单模光纤的光纤通信
6、系统，第一级产品的输出功率应在10mW以下，小于50mW是3级，大于500mW就是第四级。 在光通信系统中引入光纤放大器之后，由于光纤放大器的输出功率大于一般的半导体激光器，作为激光器产品的一种，其使用的辐射安全性也受到大家的关注。国际电联（ITU-T）在制定光通信系统，特别是使用光纤放大器的系统（如波分复用）的标准时，也考虑到了激光器的安全使用问题，在一些建议如G.691、G.692、G.664、G.957等中，都引入了IEC825的相关定义与说明。 同时，我们注意到，系统的光安全级别与系统中的器件的安全级别是不一样的。一个设计良好的系统可以很好的避免其器件引起的意外伤害，而一个设计不周的系
7、统可能会使器件对人身的伤害变得更严重。 因此，国际电联在光通信系统中考虑安全性时除了引用IEC和CDRH相关标准对器件进行相应规范外，更从系统级别对安全性进行了考虑，提出了ALS、APR、APSD等概念。LUCENT OLS80G简介简介 APSD是OLS80G的一种安全机制。在系统收光功率丢失期间(由设备失效、光纤中断或者连接器断开引起)，设备将自动减小输出光功率，避免光浪涌与高功率激光外泄造成的设备与人身伤害。 OLS80G被限定为3B级系统；在光功率丢失期间，OA将下降为1级系统。 一旦系统修复或者系统连接被重新建立，APSD功能保证正常恢复操作在4-5秒内完成。 APSD功能有以下好处
8、：功能有以下好处： 1、加强设备安全级别； 2、符合IEC要求； 3、简化在高功率情况下的操作。 APSDAPSD操作时间要求如下：操作时间要求如下： APSD启动=3秒 APSD恢复=5秒 注意：注意： 在收终端站OA至ODU之间也能进行APSD保护。但在这种情况下，一般在系统安装期 间 在OA的OUT口加上一个衰耗器以保证光功率不超过IEC Class 3A标准。 LUCENT OLS80G APSD功能APSD 在两在两OA站之间的实施过程站之间的实施过程（APSD启动过程）启动过程） 在图5-8中，如果OLS80G两终端站或者两OA站之间光缆中断。 1、下游站“OA2”将检测到光功率丢
9、失并且开始将自已的输出功率调整到0通道输出功率； 2、下游站通过发送APSD-FE信息给上游站告知本站情况； 3、上游站检测到APSD-FE信息，并把“OA1”的功率降至10dBm以下。在光纤中断形下，“OA1”与“OA3” 在3秒内将光功率调整至Class 1级(10dBm以下)； 4、从“OA2”开始，下游所有OA同样检测到通道丢失(不包括监控通道)。这些OA在1秒内完成0通道输出功率调整； 5、从“OA4”开始，下游所有OA同样检测到收光功率下降并且可能出现通道丢失； 6、注意从“OA1”与“OA3”开始，上游所有OA都处于正常工作模式。 7、在这里光功率丢失被定义为：当OA检测到所有通
10、道丢失(包括监控通道)与TLM板卡检测到监控信号丢失。LUCENT OLS80G APSD功能APSD 在两在两OA站之间的实施过程站之间的实施过程（APSD恢复过程）恢复过程） 在图5-9中，当“OA1”与“OA2”之间的连接恢复。 1、下游OLS80G设备清除功率丢失状态并且通知上游端设备更正状态； 2、上游端设备立即改变“OA1”的功率返回到正常值。如果上游站操作无误，下游端也改变“OA3”的功率返回到正常状态； 3、“OA1”与“OA3”在1秒钟之内将功率调整至正常值。LUCENT OLS80G APSD功能APSD 在单在单OA终端配置的实施过程终端配置的实施过程（APSD启动过程）
11、启动过程） 在图5-10显示单OA终端配置APSD启动过程。 1、在这里，通过TLM监测光线路状态，作为APSD启动的判决条件； 2、在上游TLM失效的情况下会导致APSD启动。但是，在上游TLM失效的情况下导致APSD启动，不会对全网的可靠性造成显著影响。(是不是因为APSD只是使激光器的发光处于安全值以下，但仍有输出光功率的原因？)LUCENT OLS80G APSD功能 在图5-11显示单OA终端配置APSD恢复过程 1、当“OA1”与“ODU”之间的连接恢复，TLM板卡清除LOS状态。同样地在TLM的输出口清除APSD-FE信息。上游OLS80G设备检测到清除信息就指示“OA1”提升输
12、出功率。如果下游站没有检测到来自上游站的APSD-FE信息，下游端就指示“OA3”提升功率。APSD 在单在单OA终端配置的实施过程终端配置的实施过程（APSD恢复过程）恢复过程）LUCENT OLS80G APSD功能APSD 两种意外失效情况两种意外失效情况 1、如果OLS80G设备监控通道存在问题，APSD功能将不会启动； 2、如果APSD功能被启动了，同时OLS80G设备监控通道又收到错误的端缺限指示告警(RDI)，APSD不能正常恢复。但是可以手动恢复。LUCENT OLS80G APSD功能APSD 相关名词解释相关名词解释 APSD active-NE 本地网元检测到LOS后本地
13、网元APSD功能被激活。 APSD active-FE 远端网元检测到LOS后远端网元APSD功能被激活。 APSD-OPS sw mode conflict(APSD与OPS倒换冲突) APSD功能打，同时OPS(光保护倒换功能)也被打开，但是OPS倒换模式设置为单向倒换。两者冲突的原因是在光信号丢失情况下，APSD将会引起OPS的双向倒换模式。APSD 信息解释信息解释 APSD active-NE 本地网元检测到LOS后本地网元APSD功能被激活。 APSD active-FE 远端网元检测到LOS后远端网元APSD功能被激活。 APSD-OPS sw mode conflict(APS
14、D与OPS倒换冲突) APSD功能打，同时OPS(光保护倒换功能)也被打开，但是OPS倒换模式设置为单向倒换。两者冲突的原因是在光信号丢失情况下，APSD将会引起OPS的双向倒换模式。APSD 启动与恢复案例启动与恢复案例 在版本3以后的OLS系统直持APSD功能与OA的重新启动。在发生中断的情况下，OLS系统调整两站之间OA的输出光功率至IEC Class 1级。 1、如图9-2，当光纤中断时，终端站B将检测到收光信号丢失，并将OA2的输出功率调整到0通道光功率输出级别。 2、同时，OA3的功率降至Class 1级，OA3并向下游端发送TLM RDI(远端缺限指示信号)，并且上报APSD a
15、ctive NE状态。 3、当终端站A检测到TLM RDI信号，OA1的功率降至Class 1级。终端A同时上报APSD active FE状态。 注：在光纤中断后的注：在光纤中断后的3秒内，秒内，OA1与与OA3的功率在调整至的功率在调整至Class 1级。从级。从OA4开始，下游所有开始，下游所有OA将检测到将检测到收光功率下降。收光功率下降。 4、从OA2开始，下游所有OA将检测到通道丢失，并自动调整为0通道光功率输出级别。 5、在图9-2中，当光纤修复，终端B将清除丢光告警、TLM RDI告警、APSD active NE状态。终端A在没有检测到TLM RDI情况下，也将OA1的输出功
16、率将恢复到正常水平。同时终端A清除APSD active FE状态。同时，OA2与OA3输出光功率也恢复至正常水平。 OA1与OA3在整个重启过程中占用1秒的时间将输出功率恢复到正常水平。 整个恢复过程大约在光纤恢复后5秒内完成。LUCENT OLS80G LASER DELAY功能功能 Laser On/Off Dealy功能有以下两个选项 .Enabled 激光器打开与关断时间是一个可变的时间集合。如果线路LOS连续一段时间被检测到，所有的OA按预先安排好的顺序关闭他们的激光器，所以所有OA的激光器关闭就有一个延迟（间隔）。当线路LOS消失，所有OA按预先安排好的顺序打开他们的激光器。 .
17、Disabled 激光打开与判断时间是一个全零集合。在此模式下，如果检测到LOS，所有OA将会几乎同时关断他们的激光器。 当Enabled，这个特性阻止数量众多的波道同时被增加到OLS系统中。如果没有此延迟，当现有系统掉波时，可能会引起业务中断。同时，在大量光通道丢失的情况下，防止光浪涌。 ALC功能：自动功率控制功能功能：自动功率控制功能 在DWDM系统应用中，光纤老化、光连接器老化或人为因素都可能引入线路的异常衰减，对于光放大器仅为增益控制模式的系统，当某一段线路衰减增加时，下游所有光放大器的输入和输出光功率都将下降，系统的OSNR将变差，同时接收机收到的光功率也会下降，这将极大的影响接收
18、性能，而且发送衰减增大的线路越靠近发送端对OSNR的影响就越大。所以就引入了ALC功能，对于采用了ALC模式的系统，当某一段线路衰减增加时，只会引起该段放大器的输入功率下降，输出功率和下游其它放大器的输入、输出功率都不会改变，因此对OSNR的影响就很小，并且接收机接收到的光功率不会发生变化。 在正常工作时引起光放大器输入功率变化的因素有两个：一是通道数量的增加或减少（可能多个通道同时上下）。为了不影响其它通道的正常工作，需要系统快速响应其变化，这时系统工作于增益控制(即增益锁即增益锁定定)模式。二是线路的异常衰减，这时是自动增益控制AGC首先起作用，输出功率也发生变化，ALC通过获知的通道数量
19、和输出功率决定可变光率耗器的调节(输出功率输出功率=放大器增益放大器增益+10lgN，N为放大器输入波道数为放大器输入波道数)。ALC的整个调整周期一般在分钟量级。考虑到线路的异常衰减发生周期也较长，并且系统的冗余设计也允许线路发生异常衰减，因此只要衰减量在系统的设计范围内，分钟量级的调整周期能够保证系统的正常工作。ALC功能有两种实现方式，分别为波数检测方式和功率参考方式。波数检测方式：前提，需要在ALC链路上配置一块光谱分析单元MCA，实现，光放大器工作于自动增益控制模式（AGC），和MCA共同实现ALC功能，多通道光谱分析单元MCA分析系统中的工作通道数量，光放大器单元根据输出端功率和M
20、CA提供的通道决定工作状态，调节衰减量，使输出的功率保持稳定。功率参考方式 前提：以ALC链路中首节点的输出光功率为参考基准值。实现，光放大器工作于自动增益控制模式，通过触发首站光放大器输出光功率检查来决定是否正式下发ALC调节命令，如果光功率检查的结果与启动ALC调节命令前系统上报的异常信息一致，则正式下发ALC调节命令，调节衰减量，使输出的功率保持稳定（单通道功率不变）。IPA功能：智能光功率调节功能功能：智能光功率调节功能 OPTIX BWS 1600G系统提供智能功率调节功能。当主光信道上的一段或多段光中继段上光功率信号丢失时，系统就能探测到链路上丢失了光信号，及时降低上游一个和下游再
21、生段内的所有光放大器的输出光功率到达一个安全的值。当系统的光信号恢复正常时，又能恢复光放大器的正常工作。这种光信号的丢失可能是由于光缆被切断，设备老化或连接器未插上等原因而引起。APE 功能：自动光功率均衡功能：自动光功率均衡 系统提供的APE功能，可自动调节各通道的发送端光功率，使接收端信噪比得到优化。APE功能主要由MCA、V40、SCC、和SC1单板配合完成。APE功能需要业务单板与主控SCC单板的配合，在用户的参与下完成。根据接收端MCA板测得的各通道光功率，通过发送端V40调节发送端对应通道的光功率，从而达到接收端各通道光信噪比的均衡和优化。APE功能的应用，使波分系统开局中的系统调
22、测及后续的网络维护更方便。APE调节可设定为需要用户参与，以方便用户根据网络状况，确定是否需要光功率调节。APE配置原则：一，APE是可选功能，根据用户要求选择配置。二，APE功能要求发送端OTM站配置V40，接收端OTM站配置MCA单板。且由于DWDM为双纤双向系统，一个复用端各配置一块MCA板。三，APE功能要求MCA和光监控信道处理板置于同一子架。若在不同子架，需要两子架的ETHERNET2网口互连。四，APE功能要求V40和光监控信道处理板置于同一子架。若在不同子架，需要两子架的ETHERNET2网口互连。ALS就是激光器自动关断就是激光器自动关断 无输入光时关断输出光信号;输入信号恢复后，输出光功率自动恢复。 OTU单板激光器输入无光时，输出为零；对于EDFA放大器的激光器，输出降低到-30dBm以下。
