MDAS光模塊功能失效的驗證研究課題

國內市場部產(chǎn)品應用室MDAS光模塊功能失效的驗證研究無線優(yōu)化產(chǎn)品事業(yè)部PAGE10MDAS光模塊功能失效的驗證研究課題國內市場部產(chǎn)品應用室MDAS光模塊功能失效的驗證研究課題無線優(yōu)化產(chǎn)品事業(yè)部PAGE1課題研究任務安排表課題編號課題名稱課題級別課題屬性網(wǎng)絡制式課題來源MDAS光模塊功能失效的驗證研究重要產(chǎn)品類DCS/WCDMA產(chǎn)品工程應用工作目標驗證不同廠家的光模塊，在MDAS的工程應用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模塊出現(xiàn)功能失效的原因，以指導后期的工程應用。工作內容描述經(jīng)中山泰聯(lián)反映，中山MDAS試點中正在使用的三對光模塊出現(xiàn)了如下現(xiàn)象：使用這三對光模塊的接入單元和擴展單元光同步正常，射頻信號輸出正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定；MDAS監(jiān)控平臺檢測到使用這三對光模塊的接入單元和擴展單元間不能切換；此三對光模塊，每對均為不同廠家的光模塊搭配使用，將三對光模塊都換為同一廠家光模塊接入使用后，監(jiān)控平臺能在接入單元和擴展單元間切換。通過搭建MDAS平臺，驗證不同廠家的光模塊，在MDAS的工程應用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模塊出現(xiàn)功能失效的原因，以指導后期的工程應用。關鍵節(jié)點驗證公司現(xiàn)有備貨光模塊在MDAS平臺上的兼容性；研究光模塊功能失效原因。注意事項執(zhí)行人員無優(yōu)國內市場部配合/指導人員丁洋/曾繁玉評審人員曾繁玉時間2012年8月工作內容驗證MDAS光模塊功能失效的因素最終交付物文檔文檔文檔提交及審核記錄情況文檔名稱日期內容備注目錄1.0引言 31.1背景 31.2目標 32.0課題研究思路 32.1理論分析 32.1.1 光收發(fā)一體模塊 32.1.2 小型可插拔收發(fā)光模塊（SFP） 42.1.3 光模塊的主要參數(shù) 42.1.4 SFP協(xié)議規(guī)范 52.1.5 研究思路 52.2實施方案 52.2.2 驗證準備 52.2.1 問題光模塊驗證測試 62.2.2 公司備貨光模塊取樣驗證測試 62.2.3 實驗結果分析 73.0光模塊功能失效原因分析 73.1光模塊重要指標 73.2光模塊失效的原因 83.3光模塊應用注意要點 93.4光模塊失效判斷步驟 104.0結論 10

MDAS光模塊功能失效的驗證研究課題引言背景經(jīng)中山泰聯(lián)反映，中山MDAS試點中正在使用的三對光模塊出現(xiàn)了如下現(xiàn)象：使用這三對光模塊的MDAS接入單元和擴展單元光同步正常，射頻信號輸出正常，工作狀態(tài)穩(wěn)定；MDAS監(jiān)控平臺檢測到使用這三對光模塊的接入單元和擴展單元間不能切換；此三對光模塊，每對均為不同廠家的光模塊搭配使用，將三對光模塊都換為同一廠家光模塊接入使用后，MDAS后臺監(jiān)控能正常在接入單元和擴展單元間切換。由于MDAS站點眾多，部分MDAS試點可能會在今后的使用過程中暴露出以上現(xiàn)象；影響到后臺對MDAS設備的監(jiān)控，從而對MDAS試點的推廣產(chǎn)生負面影響；所以須開展關于引起MDAS光模塊功能失效因素的驗證研究。目標驗證不同廠家的光模塊，在MDAS的工程應用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模塊出現(xiàn)功能失效的原因，以指導后期的工程應用。課題研究思路理論分析光收發(fā)一體模塊光收發(fā)一體模塊由光電子器件、功能電路和光接口等組成，光電子器件包括發(fā)射和接收兩部分。發(fā)射部分是：輸入一定碼率的電信號經(jīng)內部的驅動芯片處理后驅動半導體激光器（LD）或發(fā)光二極管（LED）發(fā)射出相應速率的調制光信號，其內部帶有光功率自動控制電路，使輸出的光信號功率保持穩(wěn)定。接收部分是：一定碼率的光信號輸入模塊后由光探測二極管轉換為電信號。經(jīng)前置放大器后輸出相應碼率的電信號，輸出的信號一般為PECL電平。同時在輸入光功率小于一定值后會輸出一個告警信號。目前常規(guī)通用的光模塊主要包括：光發(fā)送器、光接收器、transceiver（光收發(fā)一體模塊）以及transponder（光轉發(fā)器）。常見的光模塊有SFP、SFF、SFP+、GBIC、XFP、1x9等SPFXPFGBIC小型可插拔收發(fā)光模塊（SFP）小型可插拔收發(fā)光模塊（SFP-SmallFormPluggable）是MDAS常用的光模塊，其作用就是光電轉換?？梢院唵蔚睦斫鉃镚BIC的升級版本。SFP模塊體積比GBIC模塊減少了一半，可以再相同面板上配置多出一倍以上的端口數(shù)量。由于SFP模塊在功能上與GBIC基本一致，因此，也被有些交換機廠商稱為小型化GBIC（Mini-GBIC）。光模塊的主要參數(shù)傳輸速率傳輸速率是指每秒傳輸比特數(shù),單位Mb/s或Gb/s。常見的SFP光模塊速率有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G。MDAS常使用的SFP光模塊的傳輸速率為1.25Gb/s。傳輸速率與光接收端的接收靈敏度有關，一般情況下，傳輸速率越高，光模塊的接收靈敏度越差，即最小接收光功率越大，對于光模塊接收端器件的要求也越高。所以MDAS采用1.25Gb/s傳輸速率的光模塊，不僅能保證滿足MDAS系統(tǒng)內的數(shù)據(jù)傳輸要求，而且降低對光模塊器件的接收要求，降低維護使用難度，有效控制工程成本。傳輸距離光模塊的傳輸距離分為短距、中距和長距三種。一般認為2km及以下的為短距離，10~20km的為中距離，30km、40km及以上的為長距離。光模塊的傳輸距離受到限制，主要是因為光信號在光纖中傳輸時會有一定的損耗和色散。損耗是光在光纖中傳輸時，由于介質的吸收散射以及泄露導致的光能量損失，色散的產(chǎn)生主要是因為不同波長的電磁波在同一介質中傳播時速度不等，從而造成光信號的不同波長成分由于傳輸距離的累積而在不同的時間到達接收端，導致脈沖展寬，進而無法分辨信號值。中心波長中心波長即光信號傳輸所使用的光波段。有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm幾種。MDAS常用的光模塊的中心波長主要有兩種：1310nm波段以及1550nm波段。1310nm和1550nm波段多用于中長距離傳輸，2km以上的傳輸。MDAS所用光模塊采用密集型光分復用（DWDM）技術，傳輸模式為單纖雙向；即一般光模塊有兩個端口，TX為發(fā)射端口，RX為接收端口，而該光模塊只有一個端口，通過光模塊中的濾波器進行濾波，同時完成1310nm光信號的發(fā)射和1550nm光信號的接收，或者相反；發(fā)送和接收兩個方向使用不同的中心波長，實現(xiàn)一根光纖雙向傳輸信號。因此該模塊必須成對使用，他最大的優(yōu)勢就是節(jié)省光纖資源。SFP協(xié)議規(guī)范為使SFP光模塊具備廣泛的應用性，其硬件遵從IEEE802.3協(xié)議，主要描述物理層和數(shù)據(jù)鏈路層的MAC子層的實現(xiàn)方法；其監(jiān)控遵從SFF-8472協(xié)議，是一個關于光學器件的數(shù)字監(jiān)控方面的多元協(xié)議。研究思路SFP光模塊在傳輸速率，中心波長，協(xié)議規(guī)范上都具有統(tǒng)一的標準，意味著SFP具有廣泛的應用性，理論上不同廠家的光模塊間都具有兼容性。為了排查故障光模塊是否本身存在質量問題，同時研究各廠家間光模塊的兼容度有多高，實驗應從光模塊個體質量好壞和各廠家間SFP光模塊的整體兼容效果兩方面驗證：將中山帶回的問題光模塊在實驗室平臺上測試個體質量是否出現(xiàn)問題；從公司現(xiàn)有庫存中選取MDAS專用光模塊，搭建平臺測試不同廠家間產(chǎn)品的兼容性。實施方案驗證分為下表幾個階段進行驗證內容驗證時間備注問題光模塊驗證測試2012年6月由硬件室負責，已完成公司備貨光模塊取樣驗證測試2012年6月已完成驗證準備編號名稱單位數(shù)量備注1二代MDAS近端臺12二代MDAS擴展單元臺13恒寶通收發(fā)光模塊套24國楊收發(fā)光模塊套25旭創(chuàng)收發(fā)光模塊套26筆記本電腦臺1調試、測試7OMT調測軟件套1MDAS驗證平臺示意圖恒寶通國楊旭創(chuàng)小型可插拔收發(fā)光模塊（SPF）示意圖問題光模塊驗證測試測試內容與步驟與以上驗證測試相同，由中山MDAS試點帶回的光模塊在保持原有配對順序，在實驗室驗證結論為可正常使用，設備工作正常，監(jiān)控切換正常，沒有出現(xiàn)監(jiān)控無法由接入單元切換至擴展單元的現(xiàn)象。公司備貨光模塊取樣驗證測試2.2.2.1測試內容與步驟1、準備MDAS接入單元和擴展單元各一臺；2、在公司備貨的三個廠家共六個光模塊中，選出兩個，記錄廠家及型號，連接到接入單元和擴展單元上；3、觀察設備同步燈，記錄同步燈是否長亮；4、保持設備同步5分鐘以上，使用OMT調測軟件，與接入端調測口相連，與擴展單元切換，重復此操作5次以上，記錄是否能正常切換；5、重復2、3、4步驟，要求選出的兩個光模塊組合不重復，測完6個光模塊所有搭配使用的組合，記錄所有組合下是否能正常切換。測試結果恒寶通1310TX恒寶通1550TX國楊1310TX國楊1550TX旭創(chuàng)1310TX旭創(chuàng)1550TX恒寶通1310TX×○×○×○恒寶通1550TX○×○×○×國楊1310TX×○×○×○國楊1550TX○×○×○×旭創(chuàng)1310TX×○×○×○旭創(chuàng)1550TX○×○×○×○代表光模塊對通同步，正常工作，切換正?！链砉饽K不同步經(jīng)測試驗證，在保證光模塊波長配套，速率相同的情況下，以上三個廠家的小型可插拔收發(fā)光模塊（SPF）在MDAS平臺上均可正常兼容使用，設備工作正常，監(jiān)控切換正常。實驗結果分析實驗結果說明，小型可插拔收發(fā)光模塊（SFP）的封裝標準及傳輸標準均參照國家標準，理論及實際驗證表明公司備貨的不同廠家間的光模塊均能在MDAS平臺上兼容使用。在中山站點出現(xiàn)故障的光模塊，其故障現(xiàn)象無法在實驗室中重現(xiàn)；同時也驗證了很多在工程站點中出現(xiàn)的故障現(xiàn)象，在實驗室中用同樣的設備和光模塊無法模擬重現(xiàn)，說明在光模塊的實際應用中，存在影響光模塊傳輸?shù)钠渌蛩亍９饽K功能失效原因分析光模塊的功能失效，主要涉及到以下兩個重要指標。光模塊重要指標光接收靈敏度光接收靈敏度指的是在一定速率、誤碼率的情況下光模塊的最小接收光功率，單位：dBm。公司采用的SFP光模塊的光接收靈敏度在-15~-18dBm不等。飽和光功率值指光模塊接收端最大可以探測到的光功率，一般為-3dBm。當接收光功率大于飽和光功率的時候同樣會導致誤碼產(chǎn)生。光探測器在強光照射下會出現(xiàn)光電流飽和現(xiàn)象，當出現(xiàn)此現(xiàn)象后，探測器需要一定的時間恢復，此時接收靈敏度下降，接收到的信號有可能出現(xiàn)誤判而造成誤碼現(xiàn)象，而且還非常容易損壞接收端探測器。因此光模塊的功能失效，實質上是在整個包括發(fā)射端和接收端的光傳輸系統(tǒng)中，誤碼率的升高。而光功率會影響光傳輸系統(tǒng)中的誤碼率；光接收功率過低，低于光模塊的接收門限，則會出現(xiàn)誤碼現(xiàn)象；光功率過飽和，則導致接收靈敏度下降造成誤碼率升高，還可能損壞工作中的光模塊。光模塊失效的原因因此將光模塊功能失效分為發(fā)射端失效和接收端失效，具體原因為以下兩方面：光路問題由于光接口的污染和損壞引起光鏈路損耗變大，影響鏈路中的光功率，導致光鏈路不通，產(chǎn)生的原因有：光模塊污染：光模塊光口暴露在環(huán)境中，光口有灰塵進入而污染；光纖連接器污染：使用的光纖連接器端面已經(jīng)污染，更會引起光模塊光口二次污染；尾纖污染：帶尾纖的光接頭端面不潔凈，被污染；光纖連接器及尾纖損壞：光纖連接器彎折損壞及尾纖端面有劃傷等。光模塊損傷除了鏈路中光功率減小，導致無法達到接收端的最小接收功率值，引起的誤碼率升高，光模塊在工程應用中產(chǎn)生損傷，使自身靈敏度下降，導致接收誤碼率升高也是引起光模塊功能失效的因素之一。光模塊損傷的因素主要有ESD損傷和光模塊過熱。ESD損傷ESD是ElectroStatic

Discharge縮寫即"靜電放電"，是一個上升時間可以小于1ns（10億分之一秒）甚至幾百ps（1ps＝10000億分之一秒）的非?？斓倪^程，ESD可以產(chǎn)生幾十Kv/m甚至更大的強電磁脈沖。靜電會吸附灰塵，改變線路間的阻抗，影響產(chǎn)品的功能與壽命；

ESD的瞬間電場或電流產(chǎn)生的熱，使元件受傷，短期仍能工作但壽命受到影響；甚至破壞元件的絕緣或導體，使元件不能工作（完全破壞）。ESD是不可避免，除了提高電子元器件的抗ESD能力，重要的是正確使用，引起ESD損傷的因素有：環(huán)境干燥，易產(chǎn)生靜電；不做靜電防護直接用手接觸光模塊靜電敏感的管腳；運輸和存放過程中沒有防靜電包裝；設備沒有接地或接地不良。光模塊過熱SFP光模塊如果沒有特殊定制要求，其耐高溫能力在75℃左右，長時間超過75℃或瞬間產(chǎn)生的高溫，會影響SFP光模塊的正常工作。具體表現(xiàn)為：使光模塊的半導體激光器不能發(fā)出正常的光功率；使光模塊的接收靈敏度下降，誤碼率升高；影響光功率自動控制電路的正常工作，使發(fā)射端光功率過強或過弱，都會引起誤碼率升高；過熱直接損壞光模塊內在器件，導致功能失效。光模塊應用注意要點針對以上引起光模塊功能失效的因素，在工程應用中，應當注意以下幾個方面：1.光路問題光鏈路上各處的損耗衰減都關系到傳輸性能，因此要求：選擇符合入網(wǎng)標準的光纖連接器；光纖連接器要有封帽，不使用時蓋上封帽，避免光纖連接