試驗(yàn)一光波分復(fù)用系統(tǒng)試驗(yàn)及其誤碼率測(cè)量

1、實(shí)驗(yàn)一光波分復(fù)用系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)及其誤碼率測(cè)量一實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，了解光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)的工作原理和系統(tǒng)組成。2. 熟悉誤碼、誤碼率的概念及其測(cè)量方法。二 、 實(shí)驗(yàn)原理（一）光波分復(fù)用系統(tǒng)光波分復(fù)用 (Wavelength Division Multiplexing, WDM)技術(shù)是光纖通信系統(tǒng)中不同波長(zhǎng)光信號(hào)的復(fù)用方式。 這種技術(shù)使原來(lái)只采用一個(gè)波長(zhǎng)作為載波的單一光信道變?yōu)閿?shù)個(gè)不同波長(zhǎng)的光信道同時(shí)在光纖中傳輸，進(jìn)而使光纖通信的容量成倍的提高。最初的波分復(fù)用是由不同光纖通信窗口的中心波長(zhǎng)復(fù)用，例如 1.31 m/1.55 m的復(fù)用。目前，光纖通信已發(fā)展成為光纖通信長(zhǎng)波長(zhǎng)窗口內(nèi)間隔100GHz或

2、 200GHz的幾十個(gè)波長(zhǎng)甚至上百個(gè)波長(zhǎng)的復(fù)用。而光纖摻鉺放大(EDFA)技術(shù)的興起，使之與光波分復(fù)用技術(shù)結(jié)合建立起新一代的光纖通信系統(tǒng)。因此掌握波分復(fù)用的基本概念是十分重要的。本實(shí)驗(yàn)采用1.31 m/1.55 m雙波長(zhǎng)復(fù)用，并具有單向傳輸和雙向傳輸兩種方式，每一波長(zhǎng)信道內(nèi)傳輸一個(gè)由誤碼測(cè)試儀產(chǎn)生的存在一定誤碼率的數(shù)字信號(hào)，經(jīng)過(guò)波分復(fù)用系統(tǒng)傳輸（復(fù)用，傳輸，解復(fù)用）后由光接收機(jī)變換為電信號(hào)。經(jīng)過(guò)光纖波分復(fù)用系統(tǒng)傳輸后的信號(hào)再與誤碼測(cè)試儀產(chǎn)生的信號(hào)進(jìn)行比較。本實(shí)驗(yàn)中所用 AV5232E/AV5233C誤碼測(cè)試儀是可用于1-2 次群 (AV5233C可用于 1-3次群 ) 的端對(duì)端測(cè)試，環(huán)回測(cè)試和

3、直線測(cè)試的基本設(shè)備，AV5233C的時(shí)鐘頻率包括 2MHz，8MHz和 34MHz,AV5232E的時(shí)鐘頻率包括 2M和 8M,可以自行設(shè)置從 10-3 10-6 的誤碼率，可輸出 AMI（交替?zhèn)魈?hào)反轉(zhuǎn)碼）， HDB3（3 階高密度雙極性碼）， RZ（歸零碼），NRZ（非歸零碼）四種碼型，并可輸出 215-1 ，223-1 偽隨機(jī)二進(jìn)制序列。（1）單向光纖波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)單向光纖波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)如圖1.1 所示。誤碼測(cè)試儀的發(fā)射部分提供某一碼型的偽隨機(jī)二進(jìn)制序列 , 其碼速可以為2MHz、 8MHz或 34MHz。將 AV5232E產(chǎn)生的電信號(hào)加到波長(zhǎng)為 1.31 m的光源上，將 AV5233

4、C產(chǎn)生的電信號(hào)加到波長(zhǎng)為1.55 m的光源上，分別進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制 ,1.31 m 和 1.55 m 兩路被強(qiáng)度調(diào)制的光信號(hào)同向輸出后經(jīng)波分復(fù)用器合波，通過(guò)單根光纖同向傳輸。在接收端1.31 m和 1.55 m兩路光信號(hào)經(jīng)解波分復(fù)用器將兩路光信號(hào)分開(kāi), 分別送入到光接收機(jī)進(jìn)行解調(diào), 恢復(fù)成電信號(hào) , 最后傳輸?shù)秸`碼測(cè)試儀進(jìn)行誤碼率的比較檢測(cè)。在數(shù)字光纖通訊系統(tǒng)中，常用光信號(hào)的有無(wú)來(lái)表示“1”碼和“ 0”碼，而在本實(shí)驗(yàn)中，由誤碼儀輸出的AMI 碼和 HDB3碼是以“ 1”碼正負(fù)極性交替方式發(fā)送的三元碼型，包含“ 1”“0”“-1 ”碼，因此在光發(fā)射機(jī)中就需要有碼型變換電路將電端機(jī)傳來(lái)的碼型變換成適合

5、在光路中傳輸?shù)拇a型，本實(shí)驗(yàn)中光發(fā)射機(jī)采用光強(qiáng)調(diào)制的辦法，即用無(wú)光表示“ -1 ”碼，用 P1（P1 是“ 0”碼光脈沖的平均光功率）表示“0”碼，用 2P1 表示“1”碼。AV5233C光纖誤碼測(cè)試儀電纜AV29116光接收機(jī)1310nm1310nm波器 解調(diào)制光源分波復(fù)分用1550nm復(fù)器調(diào)制光源用1550nmAV29116AV5232E光接收機(jī)誤碼測(cè)試儀圖 1.1 單向光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)框圖（ 1） 雙向光纖波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)如圖 1.2 所示，AV5232E和 AV5233C誤碼測(cè)試儀發(fā)射部分提供 AMI或 HDB3碼，分別加到波長(zhǎng)為 1310nm和 1550nm的光源上進(jìn)行強(qiáng)度調(diào)制，兩路

6、光輸出后沿相反方向傳輸，各自經(jīng)過(guò)第一個(gè)波分復(fù)用 / 解復(fù)用器后，兩路光開(kāi)始在同一根光纖中反向傳輸，當(dāng)各自經(jīng)過(guò)第二個(gè)波分復(fù)用 / 解復(fù)用器后，分別將光信號(hào)送入光接收機(jī)，恢復(fù)成電信號(hào)，傳輸?shù)秸`碼儀進(jìn)行誤碼的比較檢測(cè)。AV5233C誤碼測(cè)試 儀復(fù)1310nm用調(diào)制光源解復(fù)用1550nm器AV29116光接收機(jī) 1 2AV29116光接收機(jī)1310nm復(fù)用1550nm解調(diào)制光源復(fù)用器AV5232E誤碼測(cè)試儀圖 1.2 雙向光波分復(fù)用傳輸系統(tǒng)框圖（二） 誤碼儀工作原理AV5233C型誤碼儀是用于以光纖、微波、衛(wèi)星、同軸電纜等為傳輸媒質(zhì)PCM13 次群通信系統(tǒng)的誤碼測(cè)試，集發(fā)射與接收于一體，可對(duì)被測(cè)試系統(tǒng)

7、的傳輸質(zhì)量進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。（1）發(fā)射部分工作原理AV5233C 誤碼測(cè)試儀發(fā)射部分原理框圖如圖1.3 所示。發(fā)射部分是一個(gè)通信信號(hào)源,用以產(chǎn)生各種速率和各種編碼格式的圖形信號(hào)。可以設(shè)兩種偽隨機(jī)(PRBS)圖形和一種1 16BIT字圖形，并可在這些圖形中插入所要求的誤碼率。輸出電路對(duì)圖形進(jìn)行AMI、HDB3 編碼 ,或形成 NZ 、NRZ（2）接收部分工作原理信號(hào) ,CPU根據(jù)面板設(shè)置控制上述各電路。接收部分是誤碼儀的核心，用以檢測(cè)設(shè)備和線路能否無(wú)丟失地傳送數(shù)據(jù)，其原理框圖如圖 1.4 所示。輸入放大器將接收的數(shù)據(jù)放大，整形后送入解碼器進(jìn)行編碼誤碼的解碼或數(shù)據(jù)的解碼。將編碼誤碼直接送入計(jì)數(shù)器。數(shù)據(jù)

8、解碼為二進(jìn)制NRZ并送入誤碼檢測(cè)器。誤碼檢測(cè)器產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的本地碼圖形(PRBS或字圖形 ) 并與解碼后的接收數(shù)據(jù)圖形( 應(yīng)與本地圖形一樣 ) 逐位進(jìn)行比較 , 如有差異即為比特誤碼。誤碼檢測(cè)器檢出的誤碼送入計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù) , 再送 CPU處理。時(shí)鐘發(fā)生器圖形發(fā)生器輸出顯示CPU圖 1.3發(fā)射部分原理框圖編碼誤碼輸本 地 碼入解計(jì)發(fā) 生 器顯放碼數(shù)及 比 特比特CPU大器器器碼 誤 碼誤碼示檢測(cè)器打印機(jī)電源圖 1.4 接收部分原理框圖（3） 誤碼特性參數(shù)誤碼性能參數(shù)是光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的重要質(zhì)量指標(biāo)。誤碼的基本含義是：在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端發(fā)送“1”碼時(shí)，接收端收到的卻是“0”碼，而當(dāng)發(fā)送端發(fā)送“

9、0”碼時(shí)，接收端收到的卻是“1”碼，這種收發(fā)信碼的不一致就稱為誤碼。造成誤碼的原因是由于系統(tǒng)的噪聲，脈沖抖動(dòng)和光纖的色散等。這里所用的誤碼特性參數(shù)反映了數(shù)字信號(hào)的傳輸過(guò)程受到損害的程度。誤碼率是指在某段時(shí)間內(nèi)出現(xiàn)誤碼的碼元與傳輸碼流的總碼元數(shù)之比，可表示為：誤碼的碼元數(shù)BERAV傳輸碼元總數(shù)誤碼率與系統(tǒng)的傳輸碼速和測(cè)試時(shí)間的長(zhǎng)短有關(guān)。同時(shí)，由于誤碼是隨機(jī)的，所以還與具體的時(shí)間有關(guān)，誤碼率沿?cái)?shù)字段長(zhǎng)度是線性積累的，數(shù)字段內(nèi)的中繼段越多，誤碼率越大。在測(cè)試結(jié)果中，誤碼測(cè)試儀上顯示有四頁(yè)內(nèi)容，可以即時(shí)觀察到EC（誤碼計(jì)數(shù)），SER（秒誤碼率）， ER（誤碼率）， EFS（無(wú)誤碼秒）， ES（誤碼秒）

10、， SES（嚴(yán)重誤碼秒）， US（不可用秒）， DM（劣化分）， ES%（誤碼秒百分?jǐn)?shù)）， SES%（嚴(yán)重誤碼秒百分?jǐn)?shù)）， US%（不可用秒百分?jǐn)?shù)）， DM%（劣化分百分?jǐn)?shù)）。ITU-T （the Telecommunication Standardization Sector of the InternationalTelecommunication Union）建議 64K bit/s接口處的三項(xiàng)誤碼性能參數(shù)為： 劣化分（DM）、誤碼秒（ ES）、嚴(yán)重誤碼秒（ SES）。這三項(xiàng)參數(shù)的定義和要求為：(1) 誤碼秒（ ES）在可用時(shí)間內(nèi)，至少出現(xiàn)一次誤碼的秒。對(duì)于27500km的假設(shè)參考數(shù)字連

11、接（參看光纖通信系統(tǒng)測(cè)量有關(guān)書(shū)籍）而言，其指標(biāo)要求為：從總觀測(cè)時(shí)間TL 中扣除不可用時(shí)間（當(dāng)誤碼率連續(xù) 10s 劣于 10-3 時(shí)，不可用秒開(kāi)始，加上前面 10s, 被看作不可用時(shí)間）后累積的誤碼秒數(shù)目 /T L 中的可用秒數(shù)目 8% 。(2) 嚴(yán)重誤碼秒（ SES）-3在可用時(shí)間里，誤碼率劣于10 的秒，稱為嚴(yán)重誤碼秒。其性能指標(biāo)為：從總測(cè)量時(shí)間 TL 中扣除不可用時(shí)間后積累的嚴(yán)重誤碼秒數(shù)目/T L 中的可用時(shí)間秒數(shù)目 0.2% 。(3) 劣化分（ DM）因?yàn)楫?dāng)全程平均誤碼率高于10-5 時(shí)，對(duì)于低聲講話的干擾影響剛可以覺(jué)察到。為留有余地，取 10-6 為判別劣化分的門限值。平均誤碼率高于

12、10-6 的分鐘稱為劣化分。其指標(biāo)為：從總觀測(cè)時(shí)間 TL 中扣除不可用時(shí)間和嚴(yán)重誤碼秒后所得的分鐘數(shù)為可用分，在 TL 內(nèi)積累的劣化分?jǐn)?shù)目 / 可用分?jǐn)?shù)目 10%。三、 實(shí)驗(yàn)設(shè)備1 AV5232E/AV5233C誤碼測(cè)試儀各一臺(tái)2 AV38124A 1550nm單模調(diào)制光源一臺(tái)3 AV38121A 1310nm單模調(diào)制光源一臺(tái)4 1550nm/1310nm波分復(fù)用器兩個(gè)5 AV29116 光接收機(jī)兩臺(tái)6光纖，電纜線若干四、 實(shí)驗(yàn)步驟1. 按圖 11 連接好儀器 ,開(kāi)機(jī)。2. 按誤碼測(cè)試儀面板上 翻頁(yè) 鍵或 鍵，分別使光標(biāo)擊活速率、 碼型、圖形、誤碼方式、誤碼率等選項(xiàng)，按+ 或- 鍵，設(shè)置誤碼測(cè)

13、試儀的時(shí)鐘頻率為2MHz,碼型為 AMI, 圖形為 215 誤碼方式為BIT,插入誤碼率為0。-1,3. 使光源工作在 EXT 外調(diào)制方式。4. 按誤碼測(cè)試儀 開(kāi)始 /停止 鍵,開(kāi)始測(cè)試 ,這時(shí)誤碼顯示應(yīng)為 0 。5. 將 AV5232E 誤碼儀的時(shí)鐘頻率設(shè)置為 2MHz ，將 AV5233C 誤碼儀的時(shí)鐘頻率設(shè)置為 8MHz ，并設(shè)它們的插入誤碼率為 10-3，觀察這時(shí)它們測(cè)量的誤碼率是否與插入的誤碼率相同，并在一定時(shí)刻按 開(kāi)始 /停止 鍵，停止測(cè)試，填寫表 1-1。6. 這時(shí)改變 AV5232E 的時(shí)鐘頻率為 8MHz ，AV5233C 的時(shí)鐘頻率為 34MHz ，觀察這時(shí)它們測(cè)量的誤碼率是否與插入的誤碼率相同。在誤碼方式為BIT情況下 改變插入誤碼率為-4、10-5、10-6，觀察測(cè)量的誤碼率。7.,108.按圖 1.2 雙向傳輸方式連接好儀器，重復(fù)上述1-7 各步驟并填寫表 1-2。五、 實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 認(rèn)真觀察所記錄數(shù)據(jù)，進(jìn)行結(jié)果并填寫表1-1 和表 1-2