光纖通信測量光接口的傳輸指標(biāo)和測試實(shí)用教案

1、3.1 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī) 平均(pngjn)發(fā)送光功率的定義 消光比 光譜特性 眼圖模板第1頁/共56頁第一頁，共57頁。平均發(fā)送光功率(gngl)(gngl)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(shí)，光端機(jī)輸出(shch)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(shí)，一般為-9dBm、-6dBm、-3dBm；當(dāng)采用LED光源時(shí)，一般不小于-30dBm 第2頁/共56頁第二頁，共57頁。標(biāo)稱比特率(kbit/s)光源平均發(fā)送光功率(dBm)多模系統(tǒng)單模系統(tǒng)850nm1310nm1310nm2048LED-18-25-3084

2、48LDLED-12-18-9-25-9-3034368LDLED-12-20-9-25-9-30139264LDLED-9-9-30第3頁/共56頁第三頁，共57頁。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(ji ku)的碼型要求，即：2.048Mbit/s、8.448Mbit/s和34.368Mbit/s三種電接口(ji ku)的碼型應(yīng)為HDB3碼，139.264Mbit/s接口(ji ku)的碼型應(yīng)為CMI碼。

3、 連接器TC S誤碼儀光端機(jī)光功率計(jì)平均發(fā)送光功率的測試圖 第4頁/共56頁第四頁，共57頁。測試步驟 1 按圖連接電路(dinl)。 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(dòng)連接器與光功率計(jì)輸入活動(dòng)連接器相連，此時(shí)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(10-3PT) 第5頁/共56頁第五頁，共57頁。 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

4、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(gungyun)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。第6頁/共56頁第六頁，共57頁。消光(xio un)(xio un)比的定義 光端機(jī)的電接口(ji ku)輸入為全“1”碼和全“0”碼時(shí)的平均發(fā)送光功率之比，用EXT表示 P1=2PT 第7頁/共56頁第七頁，共57頁。 無輸入信號時(shí)，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(huì)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

5、大就要減小偏置電流，從而使光源(gungyun)輸出功率降低，譜線寬度增加等。特別是采用DFB激光器時(shí)，偏置電流大些可減少啁啾聲線寬，而要求消光比大會(huì)使偏置電流減小從而使啁啾聲功率代價(jià)增加，抖動(dòng)也增加，所以要全面考慮消光比與其它指標(biāo)之間的矛盾。 第8頁/共56頁第八頁，共57頁。消光(xio un)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(shí)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(d do)消光比值。 第9頁

6、/共56頁第九頁，共57頁。光譜(gungp)(gungp)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(zhyu)系統(tǒng)性能的至關(guān)重要的參數(shù) 第10頁/共56頁第十頁，共57頁。最大均方根(fnggn)(fnggn)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(gungyun)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 第11頁/共56頁第十一頁，共57頁。 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

7、處功率(gngl)電平相對峰值功率(gngl)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。 dBdB01-x-x00l1l1l2l2ll MLM的典型光譜特性 LED的典型光譜特性第12頁/共56頁第十二頁，共57頁。最大-20dB-20dB寬度(kund) (kund) 單縱模激光器 光譜(gungp)寬度是按相對主模中正波長的最大峰值功率跌落-20dB時(shí)的最大全寬來定義的 高斯形主模光譜(gungp)特性 -20dB全寬=6.07 2.58倍的-3dB全寬t3 SLM的典型光譜特性dB0-200l1l2l第13頁/共56

8、頁第十三頁，共57頁。最小邊模抑制(yzh)(yzh)比(SMSR) (SMSR) 定義(dngy)為最壞反射條件時(shí)，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 第14頁/共56頁第十四頁，共57頁。光譜特性(txng)(txng)的測試 1 用光譜分析儀測出光譜，從中找出最高功率(gngl)電平并記錄下峰值波長，在分別記錄下比峰值功率(gngl)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。 T誤碼儀光端機(jī)光譜分析儀儀 光譜特

9、性的測試圖 緊密測試光纖第15頁/共56頁第十五頁，共57頁。眼圖模板(mbn) (mbn) 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亍⑾陆?xijing)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(gè)孤立脈沖所不易發(fā)現(xiàn)的現(xiàn)象 第16頁/共56頁第十六頁，共57頁。 邏輯“1”平均電平邏輯“0”平均電平時(shí)間幅度 光發(fā)送信號的眼圖模板第17頁/共56頁第十七頁，共57頁。 眼圖模板(mbn)的測試 STM-1STM-4 x1/x40.15/0.850.25/0.75x2/x30.35/0.650.40/0.60y

10、1/y20.20/0.800.20/0.80 STM-16x3-x20.2y1/y20.25/0.75光發(fā)送機(jī)光測試參考接收機(jī)示波器 發(fā)送機(jī)眼圖模板的測試圖 OIEO光纖H(P)第18頁/共56頁第十八頁，共57頁。光通道(tngdo) (tngdo) 衰減 PDH光纖通信系統(tǒng)(xtng) -最大衰減 SDH光纖通信系統(tǒng)(xtng) -衰減范圍 第19頁/共56頁第十九頁，共57頁。PDH-最大衰減(shui jin) 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PSR PSR=-PT-PR-2Ac-Me= PSR -2Ac 光纜鏈路的總衰減包括各段光纜的

11、衰減、光纜間光纖接頭(ji tu)的損耗、活動(dòng)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(shí)預(yù)留的光纜富余度以及光通道代價(jià) 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 第20頁/共56頁第二十頁，共57頁。標(biāo)稱速率(kbit/s)波長(nm)光源S-R點(diǎn)間光通道要求(BER=110-10)最大衰減(dB)最小3dB光帶寬(MHz)2048850LDLED51*10101310LDLED463010108448850LDLED47*20*1310LDLED*34368850LDLED41*50*1310LDLED35225050139264850LDLED35*1

12、00*1310LDLED2718100100第21頁/共56頁第二十一頁，共57頁。標(biāo)稱速率(kbit/s)波長(nm)光源S-R點(diǎn)間光通道要求(BER=110-10)最大衰減(dB)最大色散(ps/nm)20481310LD46 1550*84481310LD40不要求1550*343681310LD35不要求(MLM)1550*1392641310LD28215(MLM)155028*41392641310LD2492(MLM)155024*第22頁/共56頁第二十二頁，共57頁。再生(zishng)(zishng)段距離L1 L1 第23頁/共56頁第二十三頁，共57頁。SDH-衰減(s

13、hui jin)范圍 下限值：主要是由發(fā)送(f sn)功率變化和接收機(jī)動(dòng)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(f sn)功率和最小接收靈敏度所決定的 第24頁/共56頁第二十四頁，共57頁。衰減(shui jin)(shui jin)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(zhyo)內(nèi)容 PSR=10log10P1(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 第25頁/共56頁第二十五頁，共57頁。衰減(shui jin)(shui jin)范圍 通

14、過(tnggu)測量發(fā)送機(jī)功率變化和接收機(jī)動(dòng)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(dòng)態(tài)范圍的測試和接收靈敏度的測試。第26頁/共56頁第二十六頁，共57頁。最大色散(ssn) (ssn) 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(zhu ji)噪聲所引起的，前兩者與多縱模激光器有關(guān)，啁啾(zhu ji)聲主要與單縱模激光器有關(guān)。 第27頁/共56頁第二十七頁，共57頁。 碼間干擾產(chǎn)生的等效功率代價(jià)PISI s是脈沖(michng)均方根展寬值，T是信號時(shí)隙寬度，e是一表征相對脈沖(

15、michng)展寬程度的參數(shù)，e越大，色散越嚴(yán)重 第28頁/共56頁第二十八頁，共57頁。 模分配噪聲所產(chǎn)生的等效功率代價(jià)PMNP為： Q為高斯分布函數(shù)的積分限值，當(dāng)誤碼率為110-11時(shí)，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(dxio)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0.40.7，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(jià)很小，?？珊雎?。 第29頁/共56頁第二十九頁，共57頁。 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(shí)，注入(zh r)信號電流的變化（特別是前后沿）會(huì)

16、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(shí)間偏移，發(fā)生啁啾現(xiàn)象。第30頁/共56頁第三十頁，共57頁。 一般將1dB功率代價(jià)所對應(yīng)的光通道色散值（DL）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(fngf)是相移法，第一替代法干涉法，時(shí)域脈沖延時(shí)法是第二替代法 第31頁/共56頁第三十一頁，共57頁。系統(tǒng)(xtng)(xtng)富余度 PDH：設(shè)備富余度Me和光纜富余度Mc Me是考慮了時(shí)間和環(huán)境對設(shè)備性能(xngnng)

17、(發(fā)送功率、接收機(jī)靈敏度和設(shè)備連接器性能(xngnng)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 (11.5)dB ，光接收機(jī)隨溫度和時(shí)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(34)dB 第32頁/共56頁第三十二頁，共57頁。光纜(un ln)(un ln)富余度Mc(dB/km) 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-

18、R點(diǎn)間光纜線路所包含(bohn)的活動(dòng)連接器和其他無源光器件的性能劣化。 第33頁/共56頁第三十三頁，共57頁。 國家標(biāo)準(zhǔn)GB11820規(guī)定(gudng)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(gudng)長途單模光纜通信系統(tǒng)Mc取（0.10.2）dB/km，一般不超過5dB。 長途通信系統(tǒng)Mc?。?.050.15）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（35）dB。 第34頁/共56頁第三十四頁，共57頁。系統(tǒng)富余(f yu)(f yu)度的測試 傳輸特性測試儀TXRXREG

19、REGRXTX光功率計(jì)光纖本局對局環(huán)網(wǎng)G.703 系統(tǒng)富余度測試圖第35頁/共56頁第三十五頁，共57頁。 1 按照圖進(jìn)行配置(pizh)連接，系統(tǒng)應(yīng)正常工作。 2 用光功率計(jì)在每個(gè)光端機(jī)的接收端測出正常工作時(shí)的接收光功率數(shù)值R(mw)或PR(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=10logR/R或 M=PR- PR。 第36頁/共56頁第三十六頁，共57頁。反射(fnsh) (fnsh) 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(huì)使

20、激光器的輸出功率發(fā)生波動(dòng)，降低了輸出信噪比，反饋回來的光波還會(huì)使激光器的工作波長發(fā)生偏移。 （2）當(dāng)光通道中有兩個(gè)以上反射點(diǎn)時(shí)會(huì)產(chǎn)生多次反射，多次反射間會(huì)發(fā)生干涉，進(jìn)入發(fā)送機(jī)后干涉信號間相對延時(shí)會(huì)造成激光器的相位(xingwi)噪聲，并在接收機(jī)處化為強(qiáng)度噪聲，使接收靈敏度變壞。第37頁/共56頁第三十七頁，共57頁。光連續(xù)(linx)(linx)波反射計(jì)(OCWR) (OCWR) 光連續(xù)波反射計(jì)是利用連續(xù)波或調(diào)制穩(wěn)定(wndng)光源和一個(gè)高靈敏度的時(shí)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) 光源光功率計(jì)耦合器PSPRS或R點(diǎn)P13 OCWR法測試圖1

21、23第38頁/共56頁第三十八頁，共57頁。 (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(hu b)損耗時(shí)，將S點(diǎn)的活動(dòng)連接器接到端口3，測試接收反射系數(shù)時(shí)，將R點(diǎn)的活動(dòng)連接器接到端口3。然后測出端口2的光功率Pr。第39頁/共56頁第三十九頁，共57頁。 (3)按照S點(diǎn)的回波損耗定義，即入射功率(gngl)與反射光功率(gngl)之

22、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(gngl)與入射光功率(gngl)之比為反射系數(shù)R，于是：R=-RL。 第40頁/共56頁第四十頁，共57頁。光時(shí)域反射(fnsh)(fnsh)法(OTDR) (OTDR) 光時(shí)域反射法利用低占空比的脈沖調(diào)制光源和一個(gè)靈敏度的時(shí)間分辨(fnbin)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)。 OTDR光可變衰減器入射光纖S或R點(diǎn)OTDR法測試圖第41頁/共56頁第四十一頁，共57頁。 (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(ysh)OTDR會(huì)出現(xiàn)后向散射軌跡。調(diào)節(jié)可變衰減

23、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(shí)的最大反射脈沖峰值為H，則最大離散反射系數(shù)R為： 第42頁/共56頁第四十二頁，共57頁。接收機(jī) 接收機(jī)靈敏度 動(dòng)態(tài)(dngti)范圍 接收機(jī)反射系數(shù) 第43頁/共56頁第四十三頁，共57頁。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110-11時(shí)，在光端機(jī)或光中繼器輸入(shr)端連接器C之前R點(diǎn)測量的最小平均接收光功

24、率（即接收靈敏度）值 第44頁/共56頁第四十四頁，共57頁。標(biāo)稱比特率kbit/s接收靈敏度(dBm)(BER110-11)850nm1310nmSI-APDPINPIN-FETAPD2048-60-58-51-49-54-52-8448-58-56-48-46-50-46-34368-52-50-44-40-44-40-139264-38-36-43-40第45頁/共56頁第四十五頁，共57頁。 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

25、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(zoshng)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) 第46頁/共56頁第四十六頁，共57頁。 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(shí)，首先(shuxin)應(yīng)明確所要求的誤碼率指標(biāo) 第47頁/共56頁第四十七頁，共57頁。 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(shr)光脈沖占空比的影響-輸入(shr)脈沖越窄，即占空比越小，放大器的帶寬越窄

26、，則對噪聲的限制作用就好，接收靈敏度也就提高 第48頁/共56頁第四十八頁，共57頁。接收機(jī)靈敏度的測試(csh) (csh) 誤碼儀光端機(jī)SR發(fā)送計(jì)數(shù)誤碼檢測發(fā)送接收可變光衰減器光功率計(jì)接收靈敏度測試圖第49頁/共56頁第四十九頁，共57頁。 測試方法： 1誤碼儀發(fā)送部分（傳輸特性(txng)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(shí)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110-11為止，并等待一適當(dāng)長的時(shí)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。 第50頁/共56頁第五十頁，共57頁。BER速率10-810-910-1010-112Mbit/s50秒8.3分83分8Mbit/s12秒2分21分34Mbit/s3秒29秒5分49分140Mbit/s0.7秒7秒71秒12分565Mbit/s0.2秒2秒18秒2.9分第51頁/共56頁第五十一頁，共57頁。 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)