MDAS光模块功能失效的验证研究课题.doc

国内市场部 产品应用室 MDAS光模块功能失效的验证研究MDAS光模块功能失效的验证研究课题公司：京信通信系统（中国）有限公司部门：无优国内市场部 产品应用室编制人员：丁洋日期：2012年08月无线优化产品事业部 10课题研究任务安排表课题编号课题名称课题级别课题属性网络制式课题来源MDAS光模块功能失效的验证研究重要产品类DCS/WCDMA产品工程应用工作目标验证不同厂家的光模块，在MDAS的工程应用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模块出现功能失效的原因，以指导后期的工程应用。工作内容描述经中山泰联反映，中山MDAS试点中正在使用的三对光模块出现了如下现象：1、 使用这三对光模块的接入单元和扩展单元光同步正常，射频信号输出正常，工作状态稳定；2、 MDAS监控平台检测到使用这三对光模块的接入单元和扩展单元间不能切换；3、 此三对光模块，每对均为不同厂家的光模块搭配使用，将三对光模块都换为同一厂家光模块接入使用后，监控平台能在接入单元和扩展单元间切换。通过搭建MDAS平台，验证不同厂家的光模块，在MDAS的工程应用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模块出现功能失效的原因，以指导后期的工程应用。关键节点验证公司现有备货光模块在MDAS平台上的兼容性；研究光模块功能失效原因。注意事项执行人员无优国内市场部配合/指导人员丁洋/曾繁玉 评审人员曾繁玉时间2012年8月工作内容验证MDAS光模块功能失效的因素最终交付物文档文档文档提交及审核记录情况文档名称日期内容备注目 录1.0 引言31.1 背景31.2 目标32.0 课题研究思路32.1 理论分析32.1.1光收发一体模块32.1.2小型可插拔收发光模块（SFP）42.1.3光模块的主要参数42.1.4SFP协议规范52.1.5研究思路52.2 实施方案52.2.2验证准备52.2.1问题光模块验证测试62.2.2公司备货光模块取样验证测试62.2.3实验结果分析73.0 光模块功能失效原因分析73.1 光模块重要指标73.2 光模块失效的原因83.3 光模块应用注意要点93.4 光模块失效判断步骤104.0 结论10MDAS光模块功能失效的验证研究课题1.0 引言1.1 背景经中山泰联反映，中山MDAS试点中正在使用的三对光模块出现了如下现象：1. 使用这三对光模块的MDAS接入单元和扩展单元光同步正常，射频信号输出正常，工作状态稳定；2. MDAS监控平台检测到使用这三对光模块的接入单元和扩展单元间不能切换；3. 此三对光模块，每对均为不同厂家的光模块搭配使用，将三对光模块都换为同一厂家光模块接入使用后，MDAS后台监控能正常在接入单元和扩展单元间切换。由于MDAS站点众多，部分MDAS试点可能会在今后的使用过程中暴露出以上现象；影响到后台对MDAS设备的监控，从而对MDAS试点的推广产生负面影响；所以须开展关于引起MDAS光模块功能失效因素的验证研究。1.2 目标验证不同厂家的光模块，在MDAS的工程应用中混合搭配使用的兼容性；以及研究光模块出现功能失效的原因，以指导后期的工程应用。2.0 课题研究思路2.1 理论分析2.1.1 光收发一体模块光收发一体模块由光电子器件、功能电路和光接口等组成，光电子器件包括发射和接收两部分。发射部分是：输入一定码率的电信号经内部的驱动芯片处理后驱动半导体激光器（LD）或发光二极管（LED）发射出相应速率的调制光信号，其内部带有光功率自动控制电路，使输出的光信号功率保持稳定。接收部分是：一定码率的光信号输入模块后由光探测二极管转换为电信号。经前置放大器后输出相应码率的电信号，输出的信号一般为PECL电平。同时在输入光功率小于一定值后会输出一个告警信号。 目前常规通用的光模块主要包括：光发送器、光接收器、transceiver（光收发一体模块）以及transponder（光转发器）。常见的光模块有SFP、SFF、SFP+、GBIC、XFP 、1x9等 SPF XPF GBIC2.1.2 小型可插拔收发光模块（SFP）小型可插拔收发光模块（SFP-Small Form Pluggable）是MDAS常用的光模块，其作用就是光电转换。可以简单的理解为GBIC的升级版本。SFP模块体积比GBIC模块减少了一半，可以再相同面板上配置多出一倍以上的端口数量。由于SFP模块在功能上与GBIC基本一致，因此，也被有些交换机厂商称为小型化GBIC（Mini-GBIC）。2.1.3 光模块的主要参数1. 传输速率 传输速率是指每秒传输比特数,单位Mb/s或Gb/s。常见的SFP光模块速率有155M/622M/1.25G/2.125G/4.25G/8G/10G。MDAS常使用的SFP光模块的传输速率为1.25Gb/s。 传输速率与光接收端的接收灵敏度有关，一般情况下，传输速率越高，光模块的接收灵敏度越差，即最小接收光功率越大，对于光模块接收端器件的要求也越高。所以MDAS采用1.25Gb/s传输速率的光模块，不仅能保证满足MDAS系统内的数据传输要求，而且降低对光模块器件的接收要求，降低维护使用难度，有效控制工程成本。2. 传输距离 光模块的传输距离分为短距、中距和长距三种。一般认为2km及以下的为短距离，1020km的为中距离，30km、40km及以上的为长距离。 光模块的传输距离受到限制，主要是因为光信号在光纤中传输时会有一定的损耗和色散。 损耗是光在光纤中传输时，由于介质的吸收散射以及泄露导致的光能量损失，色散的产生主要是因为不同波长的电磁波在同一介质中传播时速度不等，从而造成光信号的不同波长成分由于传输距离的累积而在不同的时间到达接收端，导致脉冲展宽，进而无法分辨信号值。3. 中心波长 中心波长即光信号传输所使用的光波段。有850nm/1310nm/1550nm/1490nm/1530nm/1610nm几种。MDAS常用的光模块的中心波长主要有两种：1310nm波段以及1550nm波段。1310nm和1550nm波段多用于中长距离传输，2km以上的传输。 MDAS所用光模块采用密集型光分复用（DWDM）技术，传输模式为单纤双向；即一般光模块有两个端口，TX为发射端口，RX为接收端口，而该光模块只有一个端口，通过光模块中的滤波器进行滤波，同时完成1310nm光信号的发射和1550nm光信号的接收，或者相反；发送和接收两个方向使用不同的中心波长，实现一根光纤双向传输信号。因此该模块必须成对使用，他最大的优势就是节省光纤资源。2.1.4 SFP协议规范为使SFP光模块具备广泛的应用性，其硬件遵从IEEE802.3协议，主要描述物理层和数据链路层的MAC子层的实现方法；其监控遵从SFF-8472协议，是一个关于光学器件的数字监控方面的多元协议。2.1.5 研究思路SFP光模块在传输速率，中心波长，协议规范上都具有统一的标准，意味着SFP具有广泛的应用性，理论上不同厂家的光模块间都具有兼容性。为了排查故障光模块是否本身存在质量问题，同时研究各厂家间光模块的兼容度有多高，实验应从光模块个体质量好坏和各厂家间SFP光模块的整体兼容效果两方面验证：1. 将中山带回的问题光模块在实验室平台上测试个体质量是否出现问题；2. 从公司现有库存中选取MDAS专用光模块，搭建平台测试不同厂家间产品的兼容性。2.2 实施方案验证分为下表几个阶段进行验证内容验证时间备注问题光模块验证测试2012年6月由硬件室负责，已完成公司备货光模块取样验证测试2012年6月已完成2.2.2 验证准备编号名称单位数量备注1二代MDAS近端台12二代MDAS扩展单元台13恒宝通收发光模块套24国杨收发光模块套25旭创收发光模块套26笔记本电脑台1调试、测试7OMT调测软件套1MDAS验证平台示意图 恒宝通 国杨 旭创小型可插拔收发光模块（SPF）示意图2.2.1 问题光模块验证测试 测试内容与步骤与以上验证测试相同，由中山MDAS试点带回的光模块在保持原有配对顺序，在实验室验证结论为可正常使用，设备工作正常，监控切换正常，没有出现监控无法由接入单元切换至扩展单元的现象。2.2.2 公司备货光模块取样验证测试 2.2.2.1 测试内容与步骤 1、准备MDAS接入单元和扩展单元各一台； 2、在公司备货的三个厂家共六个光模块中，选出两个，记录厂家及型号，连接到接入单元和扩展单元上； 3、观察设备同步灯，记录同步灯是否长亮；4、保持设备同步5分钟以上，使用OMT调测软件，与接入端调测口相连，与扩展单元切换，重复此操作5次以上，记录是否能正常切换； 5、重复2、3、4步骤，要求选出的两个光模块组合不重复，测完6个光模块所有搭配使用的组合，记录所有组合下是否能正常切换。 2.2.2.2 测试结果恒宝通1310TX恒宝通1550TX国杨1310TX国杨1550TX旭创1310TX旭创1550TX恒宝通1310TX恒宝通1550TX国杨1310TX国杨1550TX旭创1310TX旭创1550TX代表光模块对通同步，正常工作，切换正常 代表光模块不同步经测试验证，在保证光模块波长配套，速率相同的情况下，以上三个厂家的小型可插拔收发光模块（SPF）在MDAS平台上均可正常兼容使用，设备工作正常，监控切换正常。2.2.3 实验结果分析实验结果说明，小型可插拔收发光模块（SFP）的封装标准及传输标准均参照国家标准，理论及实际验证表明公司备货的不同厂家间的光模块均能在MDAS平台上兼容使用。在中山站点出现故障的光模块，其故障现象无法在实验室中重现；同时也验证了很多在工程站点中出现的故障现象，在实验室中用同样的设备和光模块无法模拟重现，说明在光模块的实际应用中，存在影响光模块传输的其他因素。3.0 光模块功能失效原因分析光模块的功能失效，主要涉及到以下两个重要指标。3.1 光模块重要指标 光接收灵敏度光接收灵敏度指的是在一定速率、误码率的情况下光模块的最小接收光功率，单位：dBm。公司采用的SFP光模块的光接收灵敏度在-15-18dBm不等。 饱和光功率值指光模块接收端最大可以探测到的光功率，一般为-3dBm。当接收光功率大于饱和光功率的时候同样会导致误码产生。光探测器在强光照射下会出现光电流饱和现象，当出现此现象后，探测器需要一定的时间恢复，此时接收灵敏度下降，接收到的信号有可能出现误判而造成误码现象，而且还非常容易损坏接收端探测器。因此光模块的功能失效，实质上是在整个包括发射端和接收端的光传输系统中，误码率的升高。而光功率会影响光传输系统中的误码率；光接收功率过低，低于光模块的接收门限，则会出现误码现象；光功率过饱和，则导致接收灵敏度下降造成误码率升高，还可能损坏工作中的光模块。3.2 光模块失效的原因 因此将光模块功能失效分为发射端失效和接收端失效，具体原因为以下两方面：1. 光路问题由于光接口的污染和损坏引起光链路损耗变大，影响链路中的光功率，导致光链路不通，产生的原因有：A. 光模块污染：光模块光口暴露在环境中，光口有灰尘进入而污染；B. 光纤连接器污染：使用的光纤连接器端面已经污染，更会引起光模块光口二次污染；C. 尾纤污染：带尾纤的光接头端面不洁净，被污染；D. 光纤连接器及尾纤损坏：光纤连接器弯折损坏及尾纤端面有划伤等。2. 光模块损伤除了链路中光功率减小，导致无法达到接收端的最小接收功率值，引起的误码率升高，光模块在工程应用中产生损伤，使自身灵敏度下降，导致接收误码率升高也是引起光模块功能失效的因素之一。光模块损伤的因素主要有ESD损伤和光模块过热。a) ESD损伤ESD是ElectroStaticDischarge缩写即静电放电，是一个上升时间可以小于1ns（10亿分之一秒）甚至几百ps（1ps10000亿分之一秒）的非常快的过程，ESD可以产生几十Kv/m甚至更大的强电磁脉冲。静电会吸附灰尘，改变线路间的阻抗，影响产品的功能与寿命；ESD的瞬间电场或电流产生的热，使元件受伤，短期仍能工作但寿命受到影响；甚至破坏元件的绝缘或导体，使元件不能工作（完全破坏）。ESD是不可避免，除了提高电子元器件的抗ESD能力，重要的是正确使用，引起ESD损伤的因素有： 环境干燥，易产生静电； 不做静电防护直接用手接触光模块静电敏感的管脚； 运输和存放过程中没有防静电包装； 设备没有接地或接地不良。b) 光模块过热 SFP光模块如果没有特殊定制要求，其耐高温能力在75左右，长时间超过75或瞬间产生的高温，会影响SFP光模块的正常工作。具体表现为： 使光模块的半导体激光器不能发出正常的光功率； 使光模块的接收灵敏度下降，误码率升高； 影响光功率自动控制电路的正常工作，使发射端光功率过强或过弱，都会引起误码率升高； 过热直接损坏光模块内在器件，导致功能失效。3.3 光模块应用注意要点 针对以上引起光模块功能失效的因素，在工程应用中，应当注意以下几个方面：1.光路问题光链路上各处的损耗衰减都关系到传输性能，因此要求：A 选择符合入网标准的光纤连接器；B 光纤连接器要有封帽，不使用时盖上封帽，避免光纤连接器污染而二次污染光模块光口；封帽不使用时应放在防尘干净处保存；C 光纤连接器插入时水平对准光口，避免断面和套筒划伤D 光模块光口避免长时间暴露，不适用时加盖光口塞；光口塞不使用时储存在防尘干净处；E 光纤连接器的端面保持清洁，避免划伤。2.光模块损伤a) ESD损伤ESD是自然界不可避免的现象，预防ESD从防止电荷积聚和让电荷快速放电两方面着