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第3章光接口的傳輸指標(biāo)和測試 S點(diǎn)是緊靠著發(fā)送機(jī) TX 的活動連接器 CTX 后的參考點(diǎn) R點(diǎn)是緊靠著接收機(jī) RX 的活動連接器 CRX 前的參考點(diǎn)光接口主要指S點(diǎn)和R點(diǎn)的物理接口 它們分別是發(fā)送機(jī)與光纖 光纜 線路 以及接收機(jī)與光纖 光纜 線路之間的互連點(diǎn) 3 1發(fā)送機(jī) 平均發(fā)送光功率的定義消光比光譜特性眼圖模板 平均發(fā)送光功率的定義 光端機(jī)的平均發(fā)送光功率是指給光端機(jī)電接口輸入223 1或215 1的偽隨機(jī)碼時 光端機(jī)輸出端S點(diǎn)測量的平均光功率 單位 絕對功率電平 dBm 當(dāng)采用LD光源時 一般為 9dBm 6dBm 3dBm 當(dāng)采用LED光源時 一般不小于 30dBm 測試方法 速率為2 048Mbit s和8 448Mbit s的端機(jī) 要求送215 1序列的偽隨機(jī)碼 對于34 368Mbit s和139 264Mbit s的光端機(jī) 要求送223 1序列的偽隨機(jī)碼 其碼型應(yīng)符合電接口的碼型要求 即 2 048Mbit s 8 448Mbit s和34 368Mbit s三種電接口的碼型應(yīng)為HDB3碼 139 264Mbit s接口的碼型應(yīng)為CMI碼 測試步驟 1按圖連接電路 2誤碼儀 或傳輸特性測試儀 發(fā)送規(guī)定比特率 碼型和長度的偽隨機(jī)測試信號 3用標(biāo)準(zhǔn)測試光纖軟線 其長度不短于2米 將待測光端機(jī)發(fā)送端輸出活動連接器與光功率計(jì)輸入活動連接器相連 此時從光功率計(jì)直接讀出以dBm為單位的數(shù)值LT 而有的光功率計(jì)只能讀得mw PT 數(shù) 則可按下式換算成dBm 即 LT 10lg 10 3 PT 說明 平均發(fā)送光功率與光端機(jī)輸出光脈沖波形有關(guān) 目前有NRZ碼和50 占空比的RZ碼兩種波形 前者比后者的平均發(fā)送光功率大3dB 國標(biāo)GB T13997 92 光端機(jī)的技術(shù)要求 中規(guī)定 單模光纖系統(tǒng)用NRZ碼測量 多模光纖系統(tǒng)用RZ碼測量平均發(fā)送光功率與光源的注入電流大小有關(guān) 測試應(yīng)在正常注入電流條件下進(jìn)行 消光比的定義 光端機(jī)的電接口輸入為全 1 碼和全 0 碼時的平均發(fā)送光功率之比 用EXT表示P1 2PT 無輸入信號時 光端機(jī)輸出平均發(fā)送光功率P0 對接收機(jī)來說是一種噪聲 會降低接收機(jī)靈敏度 因此希望消光比越大越好 但是 對激光器LD來講 要使消光比大就要減小偏置電流 從而使光源輸出功率降低 譜線寬度增加等 特別是采用DFB激光器時 偏置電流大些可減少啁啾聲線寬 而要求消光比大會使偏置電流減小從而使啁啾聲功率代價增加 抖動也增加 所以要全面考慮消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾 消光比的測試 消光比的測試原理圖與平均發(fā)送光功率的測試原理圖一樣1誤碼儀 傳輸特性測試儀 發(fā)送規(guī)定傳輸比特率 碼型和長度的偽隨機(jī)測試信號 用光功率計(jì)測出平均發(fā)送光功率PT 2將光端機(jī)中線路編碼盤撥出 測出此時全 0 碼輸入的平均發(fā)送光功率P0 3按定義計(jì)算可得到消光比值 光譜特性的定義 對于140Mbit s速率及更低的速率情況下 通常為損耗受限系統(tǒng)對于565Mbit s速率以上的系統(tǒng)為色散受限系統(tǒng) 光源的光譜特性將成為制約系統(tǒng)性能的至關(guān)重要的參數(shù) 最大均方根寬度 多縱模激光器和發(fā)光二極管度量其光脈沖能量的集中程度P l 是實(shí)測的光源光譜特性 l1和l2是相對峰值功率跌落規(guī)定分貝數(shù)的波長 l0是峰值波長 的大小與積分區(qū)域的選擇密切相關(guān) 若積分區(qū)域大 即l1和l2處功率電平相對峰值功率電平跌落的分貝數(shù)大 則求得的 就大ITU T建議G 957規(guī)定跌落分貝數(shù)至少應(yīng)為20dB 其值大小則隨比特率而異 最大 20dB寬度 單縱模激光器光譜寬度是按相對主模中正波長的最大峰值功率跌落 20dB時的最大全寬來定義的高斯形主模光譜特性 20dB全寬 6 07 2 58倍的 3dB全寬t3 最小邊模抑制比 SMSR 定義為最壞反射條件時 全調(diào)制條件下主縱模 M1 平均光功率與最強(qiáng)的邊模 M2 的光功率之比的最小值ITU T建議G 957規(guī)定SLM的最小邊模抑制比為30dB 光譜特性的測試 1用光譜分析儀測出光譜 從中找出最高功率電平并記錄下峰值波長 在分別記錄下比峰值功率電平跌落規(guī)定分貝數(shù)的短波長l1和長波長l2 2根據(jù)定義即可求得符合要求的光譜特性參數(shù) SMSR和 20dB寬度 眼圖模板 SDH系統(tǒng)在高比特率光通信系統(tǒng)中 發(fā)送光脈沖的形狀不易控制 常?？赡苡猩仙?下降沿 過沖 下沖和振鈴現(xiàn)象 這些都可能導(dǎo)致接收靈敏度的劣化 需要嚴(yán)加限制 捕捉到一些觀察單個孤立脈沖所不易發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象 眼圖模板的測試 光通道 衰減PDH光纖通信系統(tǒng) 最大衰減SDH光纖通信系統(tǒng) 衰減范圍 PDH 最大衰減 最大允許衰減PSR指S R之間所允許的光纜鏈路的總衰減 其中可直接用于光纖的部分為P SRP SR PT PR 2Ac Me PSR 2Ac光纜鏈路的總衰減包括各段光纜的衰減 光纜間光纖接頭的損耗 活動連接器的損耗 其它無源器件 例如波分復(fù)用器件 的插入損耗 設(shè)計(jì)時預(yù)留的光纜富余度以及光通道代價光纜的衰減由光纜內(nèi)所含光纖以及成纜所引起的附加損耗所構(gòu)成 再生段距離L1 SDH 衰減范圍 下限值 主要是由發(fā)送功率變化和接收機(jī)動態(tài)范圍所允許的過載點(diǎn)功率來決定的 上限值 主要由最小發(fā)送功率和最小接收靈敏度所決定的 衰減的測試 光通道S R點(diǎn)間的最大衰減測試是實(shí)際再生段光纜線路全程測試的主要內(nèi)容PSR 10log10 P1 l P2 l 按照ITU T建議G 650的最新規(guī)定 衰減測試的基準(zhǔn)方法是剪斷法 第一替代法是后向散射法 第二替代法是插入損耗法 衰減范圍 通過測量發(fā)送機(jī)功率變化和接收機(jī)動態(tài)范圍所允許的過載點(diǎn)功率確定下限以及最小發(fā)送功率和最小接收靈敏度確定上限 具體步驟詳見 平均發(fā)送光功率的測試 動態(tài)范圍的測試和接收靈敏度的測試 最大色散 在單模光纖系統(tǒng)中 與光纖色散有關(guān)的系統(tǒng)性能損傷主要是由碼間干擾 模分配噪聲和啁啾噪聲所引起的 前兩者與多縱模激光器有關(guān) 啁啾聲主要與單縱模激光器有關(guān) 碼間干擾產(chǎn)生的等效功率代價PISIs是脈沖均方根展寬值 T是信號時隙寬度 e是一表征相對脈沖展寬程度的參數(shù) e越大 色散越嚴(yán)重 模分配噪聲所產(chǎn)生的等效功率代價PMNP為 Q為高斯分布函數(shù)的積分限值 當(dāng)誤碼率為1 10 11時 Q為6 365 K是表示多縱模激光器模分配噪聲性能的參數(shù) K值大小與激光器的結(jié)構(gòu)和傳輸速率有關(guān) 法布里 珀羅腔 FP 激光器的K值范圍為0 4 0 7 分布反饋 DFB 激光器的邊模抑制比很高 因而由模分配噪聲所產(chǎn)生的功率代價很小 ?？珊雎?啁啾聲 Chirp 單縱模激光器中一類特殊的損傷在直接調(diào)制時 注入信號電流的變化 特別是前后沿 會引起載流子密度的變化 進(jìn)而使有源區(qū)的折射率指數(shù)發(fā)生變化 從而導(dǎo)致振蕩波長隨時間偏移 發(fā)生啁啾現(xiàn)象 一般將1dB功率代價所對應(yīng)的光通道色散值 D L 定義為光通道的最大色散值 對應(yīng)的e值分別為0 306 碼間干擾 和0 115 碼間干擾加模分配噪聲 色散受限系統(tǒng)的再生段距離Ld為 S R點(diǎn)的總色散單模光纖的色散測試 基準(zhǔn)方法是相移法 第一替代法干涉法 時域脈沖延時法是第二替代法 系統(tǒng)富余度 PDH 設(shè)備富余度Me和光纜富余度McMe是考慮了時間和環(huán)境對設(shè)備性能 發(fā)送功率 接收機(jī)靈敏度和設(shè)備連接器性能的劣化等 的影響后所需要預(yù)留的光功率余量光發(fā)送部分 1 1 5 dB 光接收機(jī)隨溫度和時間的變化所導(dǎo)致的劣化大約為2dB 光連接器在其壽命和額定插拔次數(shù)內(nèi)的磨損達(dá)0 2dB左右 Me大約至少需要 3 4 dB 光纜富余度Mc dB km 1 將來光纜線路配置的小調(diào)整和修改 諸如由于維修增加的接頭 光纜長度的增加 2 由于環(huán)境因素造成的光纜性能變化 例如低溫所引起的光纜衰減的增加 直埋方式問題不大 寒冷地區(qū)的架空光纜影響較大 3 S R點(diǎn)間光纜線路所包含的活動連接器和其他無源光器件的性能劣化 國家標(biāo)準(zhǔn)GB11820規(guī)定市內(nèi)單模光纜通信系統(tǒng)Mc取0 4dB km 但最小取3dB 最大取10dB 國家標(biāo)準(zhǔn)GB13167規(guī)定長途單模光纜通信系統(tǒng)Mc取 0 1 0 2 dB km 一般不超過5dB 長途通信系統(tǒng)Mc取 0 05 0 15 dB km比較適宜 最大不超過5dB 最小不低于3dB 市話局間中繼通信系統(tǒng)的Mc直接取 3 5 dB 系統(tǒng)富余度的測試 1按照圖進(jìn)行配置連接 系統(tǒng)應(yīng)正常工作 2用光功率計(jì)在每個光端機(jī)的接收端測出正常工作時的接收光功率數(shù)值R mw 或P R dBm 3接入光衰減器 進(jìn)行接收靈敏度測試 詳見靈敏度的測試 設(shè)測得結(jié)果為R mw 或PR dBm 4按照系統(tǒng)富余度M的定義可以直接得到 M 10log R R 或M P R PR 反射 反射是由光通道折射率不連續(xù)引起的影響 1 在發(fā)送機(jī)輸出口由系統(tǒng)元器件反射回來的光功率會使激光器的輸出功率發(fā)生波動 降低了輸出信噪比 反饋回來的光波還會使激光器的工作波長發(fā)生偏移 2 當(dāng)光通道中有兩個以上反射點(diǎn)時會產(chǎn)生多次反射 多次反射間會發(fā)生干涉 進(jìn)入發(fā)送機(jī)后干涉信號間相對延時會造成激光器的相位噪聲 并在接收機(jī)處化為強(qiáng)度噪聲 使接收靈敏度變壞 光連續(xù)波反射計(jì) OCWR 光連續(xù)波反射計(jì)是利用連續(xù)波或調(diào)制穩(wěn)定光源和一個高靈敏度的時間平均光功率計(jì)進(jìn)行測量 適用測量S點(diǎn)光纜設(shè)施回波損耗 也可測量R點(diǎn)的接收機(jī)反射系數(shù) 1 先進(jìn)行測試校準(zhǔn) a 將光源和光功率計(jì)直接相連測得光源的光功率Ps b 將光源接到輸出端口3 使用光功率計(jì)在輸入端口2測得光功率P32 c 將光源接到輸入端口1 使用光功率計(jì)在輸出端口3測得光功率P13 d 將一根無反射的跳線連接到輸出端口3 在輸入端口2測得光功率P0 2 測試S點(diǎn)回波損耗時 將S點(diǎn)的活動連接器接到端口3 測試接收反射系數(shù)時 將R點(diǎn)的活動連接器接到端口3 然后測出端口2的光功率Pr 3 按照S點(diǎn)的回波損耗定義 即入射功率與反射光功率之比為回波損耗RL 于是按照R點(diǎn)反射系數(shù)定義 即反射光功率與入射光功率之比為反射系數(shù)R 于是 R RL 光時域反射法 OTDR 光時域反射法利用低占空比的脈沖調(diào)制光源和一個靈敏度的時間分辨光接收機(jī)進(jìn)行測量適于測量點(diǎn)S點(diǎn)和R點(diǎn)間的離散反射系數(shù) 或用來測量R的接收計(jì)反射系數(shù) 1 先將一已知反射系數(shù)為R0的跳線接到入射光纖的出端 于是OTDR會出現(xiàn)后向散射軌跡 調(diào)節(jié)可變衰減器使反射峰值恰好低于儀表本身的飽和電平 設(shè)反射脈沖的峰值高度為H0 則校準(zhǔn)系數(shù)F為 2 將OTDR接到參考點(diǎn)S或R 設(shè)此時的最大反射脈沖峰值為H 則最大離散反射系數(shù)R為 接收機(jī) 接收機(jī)靈敏度動態(tài)范圍接收機(jī)反射系數(shù) 接收機(jī)靈敏度 接收機(jī)靈敏度是指滿足給定誤碼率 BER 的條件下 光端機(jī)接口R點(diǎn)能夠接受的最小平均光功率電平值 單位是dBm 表示了光端機(jī)接收微弱光信號的能力 代表設(shè)備的質(zhì)量水準(zhǔn)當(dāng)誤碼率不劣于1 10 11時 在光端機(jī)或光中繼器輸入端連接器C之前R點(diǎn)測量的最小平均接收光功率 即接收靈敏度 值 對于1 31mm光纖數(shù)字通信系統(tǒng) 都使用以FET構(gòu)成最前端的互阻抗前置放大器和PIN光檢測器混合集成的PIN FET組件 光端機(jī)的接收靈敏度主要由組件的特性參數(shù)所決定 dBm PR是接收接靈敏度 Q表征組件信噪比的參數(shù) 其值與誤碼率有關(guān) Z是組件的噪聲輸出功率 P是PIN的響應(yīng)度 T是光脈沖重復(fù)周期 等于傳輸碼速fb的倒數(shù) 噪聲功率Z的影響2Q參數(shù)的影響 超擾比Q與誤碼率BER的關(guān)系在測量接收靈敏度時 首先應(yīng)明確所要求的誤碼率指標(biāo) 響應(yīng)度P的影響 表示單位入射光功率所產(chǎn)生的電流 響應(yīng)度越大 接收靈敏度越高脈沖重復(fù)周期T的影響 T越小 PR負(fù)的越多 即接收靈敏度越高輸入光脈沖占空比的影響 輸入脈沖越窄 即占空比越小 放大器的帶寬越窄 則對噪聲的限制作用就好 接收靈敏度也就提高 接收機(jī)靈敏度的測試 測試方法 1誤碼儀發(fā)送部分 傳輸特性測試儀的發(fā)送機(jī) 送出規(guī)定比特率 碼型和長度的偽隨機(jī)碼測試信號 2增大可變衰減器的衰減值 使系統(tǒng)處于誤碼狀態(tài) 此時的誤碼率低于給定的誤碼率 在逐漸減小衰減器的衰減值 直至誤碼儀的誤碼率提高為1 10 11為止 并等待一適當(dāng)長的時間 至少不短于表3 12中的數(shù)值 3維持光衰減器不變 從R點(diǎn)斷開光端機(jī)的連接器 用標(biāo)準(zhǔn)測試光纖軟線將光衰減器的輸出連至光功率的輸入 則光功率計(jì)的讀取值為光端機(jī)接收的最小光功率或最小光功率電平值 即為接收靈敏度 1為了便于調(diào)整接收光功率 測試中用可變光衰減器代替了長光纖 這就忽略了光纖色散對接收機(jī)靈敏度的影響 在實(shí)際使用中 應(yīng)根據(jù)光纖長度和質(zhì)量估算色散對接收機(jī)靈敏度的影響 2當(dāng)光端機(jī)的接收機(jī)靈敏度較高時 應(yīng)使用帶有斬光器的光功率計(jì)測量 3在測試時 一定要注意測試時間的長短 動態(tài)范圍 在滿足給定誤碼率的條件下 光端機(jī)輸入連接器R能接收的最大光功率電平值與最小光功率電平值 即接收靈敏度 之差動態(tài)范圍是表示了光端機(jī)對輸入信號變化的適應(yīng)能力 主要是通過光端機(jī)中的自動增益控制 AGC 電路控制主放大器的放大倍數(shù)變化來實(shí)現(xiàn)的 動態(tài)范圍的測試 在接收靈敏度測試步驟3后將光衰減器接回到光端機(jī)R點(diǎn) 減小光衰減器的衰減量 將使誤碼率優(yōu)于1 10 11 如果繼續(xù)再減小光衰減器的衰減 最終會使誤碼率值再恢復(fù)到1 10 11 此時 斷開光端機(jī)R點(diǎn)的活動連接器 用標(biāo)準(zhǔn)測試光纖軟線將光衰減器輸出連至光功率計(jì)輸入 所測數(shù)值即為光端機(jī)的最大接收光功率P R 或光功率電平值L R D L R LR dB 接收機(jī)反射系數(shù) 接收機(jī)反射系數(shù)定義為R點(diǎn)處的反射光功率與入射光功率之比為減輕多次反射的影響接收機(jī)反射系數(shù)的測試測試方法可采用OCWR法和OTDR法