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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。