基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法

王力成

杭州初灵信息技术股份有限公司，浙江省杭州市310000

摘要：目前，随着5G网络的普及，网络信号的稳定性极为重要，网络信号的传输性能直接影响5G网络的正常使用。传统的CWDM、DWDM和OTN技术，以及应用于5G前传的MWDM技术和LWDM技术，波道数从6波至40波，光功率检测电路体积大，根本无法通过堆叠技术实现多路光功率检测，进而会使得传统的光功率检测技术直接影响光路接收的灵敏度，因此缺少一种能够提高光功率检测灵敏度的方法。为此，我们研究了一种基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法用来解决以上问题。

关键词：光功率、矩阵方法、灵敏度、网络信号

引言：无线网络技术的发展历程可以追溯到19世纪末的无线电通信。当时，无线电通信技术的出现为人类带来了前所未有的便利，人们可以在没有线缆的情况下进行语音和数据传输。这种技术的出现，使得人们可以在户外自由地移动，摆脱了线缆的束缚。这也成为无线网络技术最早的起源之一。

到了20世纪50年代，随着晶体管的发明和电子管技术的进步，无线电通信技术得到了快速发展。此时，无线电通信技术已经成为人类社会中最为重要的通信方式之一。它不仅为人们提供了语音和数据传输的便利，还为军事、航空、航海等领域带来了革命性的变革。随着科技的不断进步，无线网络技术也在不断的演进变化。频段的数量不断增加，从2.4GHz到5GHz，传输速度也在不断提高，从1Mbps到100Mbps，甚至1Gbps。同时，数据传输质量也在不断提高，从调制解调器到Wi-Fi 6，数据传输速率和稳定性都得到了极大的提升。

1、光功率检测的应用现状

光通信网络在信息时代发挥了关键作用，极大促进了人类社会的发展和创新。随着“工业2.0”“数字经济”“元宇宙”等概念的提出，数字时代正逐步拉开帷幕，扩展现实（XR）、全息通信、智慧交互等新型应用对网络的带宽和服务品质的要求越来越高，光通信网络将面临持续的扩容压力和大规模扩容后的运维挑战。

随着网络带宽需求的飞速增长，光功率检测技术在通信领域得到了越来越广泛的应用。与之相应的，光纤故障在通信故障中所占的比例也随之提高，对光纤故障的有效监测变得越来越迫切。依靠传统的人工巡查方式，显然不可能解决光纤故障的有效监测问题。融合了光通信技术、Internet 技术、软件工程技术的光纤监测系统提供了一个很好的选择。目前国外一些光通信领域的设备厂商已经可以提供一些较为成熟的光纤监测系统解决方案，但是全盘引进这些解决方案还存在着不少问题。这些系统往往价格昂贵，引进成本非常高：各厂商的系统之间兼容性很差，造成升级换代的选择面很窄：软件系统部分因为不提供个性化定制服务，往往会出现“水土不服”问题，与现有的运行维护模式有冲突，造成使用效率低下。

2、提高光功率检测灵敏度的必要性

2.1网络信号的稳定性

因为无线网络的特殊性，无线电磁波信号易受到干扰或者是非法入侵，从而影响无线网络的稳定性，同时也影响着无线网络的安全性。因此，稳定性和安全性是无线网络的主要性能指标，这两个指标也影响到无线网络的数据传输率等其他性能指标。

无线网络的稳定性是指无线网络中信号应该是持续良好的，信号强弱程度应该是保持不变的，信号强度不受外界干扰而影响，即使是信号弱的地方也不能出现一会弱一会没有一会有好的现象。

2.2信号稳定性的影响因素

目前，影响信号稳定性的因素很多，例如：信号长度、传输环境、接口连接、设备损坏等。如果不能控制这些因素，信号质量将无法得到提升。因此，寻找一种方法来提高信号稳定性是非常必要的。

2.3提升信号稳定性的解决方法

目前，市场上最流行的提高信号稳定性的方法包括使用数据线、局域网设备、隔离器以及KVM延长器等。其中，KVM延长器以其兼容性、稳定性和便携性成为用户最青睐的信号增强工具。

3、矩阵方法的步骤简介

3.1矩阵方法的基本步骤

根据光信号在光检测器上辐射，计算光检测器受到光信号辐射所产生的电流信号；将电流信号通过滤噪电路进行去噪，再将去噪后的电流信号进行放大；将放大后的电流信号转换为数字信号；将数字信号通过通讯模块传输给服务器；服务器根据将该数字信号与预存信息进行对比。本发明通过利用光功率检测器实现5G前传中CWDM、DWDM、LWDM和MWDM，以及OTN网络设备中多个光信号进行同时采集和排除故障，有效提高了多路光纤信号故障排除工作过程中的工作效率。

3.2矩阵方法的基本原理

光检测器为光功率检测器，光功率检测器设置为多个，光功率检测器的光信号分别一一通过通讯模块传输至服务器，通过琼斯矩阵计算各光检测器所连接的光纤线路的PMD值，并根据PMD值判断光信号是否存在缺陷；若不存在缺陷，则继续工作；若存在缺陷，对光信号的缺陷类型进一步判断，将判断的缺陷类型进行报警并发送至用户终端；其中，PMD值为单模光纤中偏振色散。

3.3对缺陷类型的操作过程

光信号的缺陷类型进一步判断包括：取多个光功率检测器所检测的光信号一一对应的PMD值；根据各PMD值与服务器预存信息进行对比；根据PMD值和预存信息判断带有缺陷的光信号为哪一种缺陷；将缺陷类型上报至服务器，并通过服务器下发缺陷类型至用户终端。取多个光功率检测器所检测的光信号一一对应的PMD值包括：第一次解析光功率检测器，获取光信号的第一PMD值；第一次解析光功率检测器，获取光信号的第二PMD值；基于第一PMD值和第二PMD值计算出代表光功率检测器所检测的光信号的平均PMD值，计算公式如下：

3.4对不缺陷类型的操作过程

对光信号的缺陷类型进一步判断通过定位算法计算，步骤如下：

步骤一，利用RSS对各光信号的距离进行预估为距离di，并将各光信号的坐标，进行初步坐标标记为：X1(x1，y1)；X2(x2，y2)；X3(x3，y3)；X4(x4，y4)；其中，i＝1，2，3，4；X1、X2、X3、X4为多个坐标；x为X坐标，y为Y坐标，Z坐标记为0；步骤二，基于光信号的初步坐标标记，并对各初步坐标标记进行二次坐标标记的估算；在二次坐标标记的估算时，引入加权因子ω1、ω2、ω3、ω4，根据各加权因子重新估算二次坐标为：

其中，k为衰减常数；距离di引入加权因子中，使得距离di越短的初步坐标中的加权因子越大；衰减常数k的值越小，则光信号的缺陷类型判断越准确；步骤三，求取二次坐标和初步坐标标记进行平均值，并利用该平均值与预存信息进行对比，得到光信号的缺陷类型。

3.5对缺陷类型的报警过程

得到光信号的缺陷类型后，通过以下步骤进行报警：

步骤1，根据求取平均坐标值，进行类型区分，若存在多种缺陷类型，则根据多种缺陷类型分别标记；步骤2，根据标记的缺陷类型，对各缺陷类型的报警级别进行判断并排序；步骤3，重复步骤1，2，并二次确认报警顺序，经由通讯模块将缺陷类型根据报警顺序依次发送至用户终端。取多个光功率检测器所检测的光信号一一对应的PMD值为能够出现故障的位置设有多个光检测器；基于该位置的光检测器接收的光信号求取PMD值；根据求取的PMD值进行多次求取平均值；根据求取的平均值与预存在服务器的预存信息进行对比，确定缺陷类型并标记。对各缺陷类型的报警级别进行判断并排序包括：获取各出现故障位置的各光检测器所采集的信息；根据采集信息通过公式（2）计算该故障位置的状态信息：dprkj＝|prkj‑pdkj| (2）根据该故障位置的状态信息dprkj，与预存的阈值信息ptkj进行求差，根据公式（3）计算出该故障位置的状态值Skj。

故障位置的状态值Skj分别一一对应一种通讯状态，根据该通讯状态进行报警信息的上报；其中，0表示该故障位置暂无故障信息；1表示该故障位置的光信号质量下降10％‑15％；2表示该故障位置的光信号质量下降25％‑35％；3表示该故障位置的光信号质量下降85以上；

匹配度计算公式如下：

其中 ,Di表示数字信号与预存信息库内第i个预存信息之间的匹配度；yj表示数字信号中第j个数据的值；xij表示预存信息库内第i个预存信息的第j个数据的值。

4、基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法的优势

本发明提供的基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法，通过利用高灵敏度的光检测器进行光信号采集，实现光信号转换为电信号，再进一步利用电信号进行去噪，得到去噪后的电信号；接着，利用去噪的电信号进行信号放大并转换为数字信号，最后将数字信号传输给服务器，服务器根据预存信息对比后，实现对检测到的光信号进行判断是否存在故障，若存在故障，则下发故障信息给用户终端，使得用户能够及时地接收到故障信息，进一步根据故障信息进行故障排除；由此提高了在光功率检测过程中，或者说光纤信号故障检测过程中的检测效率，减少人工进行故障排除的情况。

同时，本发明通过利用光功率检测器实现高灵敏度和高密度地对多个光信号进行同时采集和排除故障，有效提高了多路光纤信号故障排除工作过程中的工作效率。实现在5G通信的光网络的信号传输过程中，能够对5G前传中CWDM、DWDM、LWDM和MWDM，以及OTN网络设备中的光纤信号进行光功率检测时，灵敏度和密度均大幅提高的目的，进一步提高5G信号的传输稳定性，另外，也可以应用于OTN光传输网络中，增加光信号传输稳定性。

结语：随着光传送网络设备OTN行业竞争的不断加剧，大型企业兼并购、整合与资本运作日趋频繁，国内外优秀的光传送网络设备OTN企业愈来愈重视对光传送网络设备市场的分析研究，特别是对当前基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法市场环境和客户需求趋势的深入研究，以期提前占领市场，取得先发优势。

正因为如此，一大批优秀光传送网络设备品牌迅速崛起，逐渐成为行业中的翘楚。产业调研网利用多种的信息处理技术，对基于WDM的OTN中光功率检测矩阵方法市场海量的数据进行采集、整理、加工、分析，为客户提供一揽子信息解决方案和咨询服务，最大限度地降低光传送网络设备客户投资风险与经营成本，把握投资机遇，提高企业竞争力。

参考文献：

1、光传送网设备维护及故障处理探究[J]. 黄志雄.设备管理与维修,2022(24)

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3、网络控制系统的容错研究[J]. 宫占霞.现代制造技术与装备,2021(01)

4、网络拓扑主动发现关键技术研究[J]. 杨凯江；马恩宁；段晓雪；陆蔚琳.网络安全技术与应用，2021(02)

5、基于自主学习特性的网络拓扑结构在虚拟电厂中的应用研究[J]. 王如荣；杨李达.电子器件，2022(04)