光纤通信课件第八章 光纤通信实训

12本章内容 2M塞绳的制作及光纤通信系统的认识。光纤损耗及光纤长度的测量。光端机电性能及光性能参数的测试。光纤通信系统误码和抖动性能的测试。光纤通信系统的维护和故障处理。本章重点 OTDR的使用与光纤损耗及光纤长度的测量。数字传输分析仪的使用。光端机光性能参数的测试。光纤通信系统误码和抖动性能的测试。光纤通信系统的维护和故障处理。3学习本章目的和要求 熟练进行2M塞绳制作。熟悉光纤通信系统。熟练使用OTDR测量光纤损耗及光纤长度。熟练使用数字传输分析仪、光功率计和光衰耗器等常用仪表。熟练使用仪表测量光端机电性能及光性能参数。熟练使用仪表进行光纤通信系统误码和抖动性能的测试。掌握光纤通信系统电路调度的原则和方法。掌握光纤通信系统故障处理的基本方法。4 介绍光纤通信系统中常用的2M塞绳的制作方法、过程及技术要求。（1）掌握2M塞绳的制作方法及过程；（2）掌握2M塞绳制作的技术要求。同轴线、120/75欧姆同轴头、专用压接钳、尖头烙铁和万用表。5 （1）选择与同轴头相匹配的同轴线。（2）拧开同轴头配件，将套管套到同轴线上。（3）开剥同轴线：依据同轴头的长度和要求，剥除同轴线的外层，其开剥长度与同轴头的连接长度相一致，如图8-1所示。注意尽量使屏蔽层保持完好。图8-1 同轴线的开剥长度6 （4）剥除同轴线内芯的绝缘层，露出内芯，其长度与同轴头的连接长度一致，如图8-2所示。图8-2 同轴线绝缘层的开剥长度7 （5）将同轴线的内芯插入同轴头的内芯中，要求插到同轴头内芯的底部。（6）用烙铁将同轴线的内芯和同轴头内芯的连接处焊牢，要求焊点光滑，有光泽，如图8-3所示。图8-3 焊接8 （7）装配屏蔽层：使屏蔽层均匀地分布在同轴头末端的四周，套上套管，用专用压接钳压紧套管，使同轴头的末端与屏蔽层接触牢靠，如图8-4所示。（8）用相同的方法做好同轴线的另一端同轴头。（9）用万用表测量电气是否连通，同时检查屏蔽层和内芯是否出现短路现象。（10）将同轴头剩余的部件装好，2M塞绳制作完毕。图8-4 屏蔽层安装9 光时域反射仪OTDR（Optical Time Domain Reflectometer），是利用光线在光纤中传输时的瑞利散射所产生的背向散射而制成的精密的光电一体化仪表。OTDR用于光缆线路的施工、维护之中，可以进行光纤长度、光纤的传输衰减、接头衰减和故障定位等的测量。8.2.1 学习目的 （1）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的原理；（2）掌握光时域反射仪的工作原理和使用方法；（3）掌握用背向散射法测量光纤衰减和光纤长度的方法和操作步骤。10 1OTDR工作原理 瑞利散射：当光线在光纤中传播时，由于光纤中存在着分子级大小的结构上的不均匀，光线的一部分能量会改变其原有传播方向向四周散射，这种现象被称为瑞利散射。其强度与波长的4次方（4）成反比，其中又有一部分散射光线和原来的传播方向相反，被称为背向散射，如图8-5所示。图8-5 瑞利散射和背向反射11 菲涅尔反射：当光线由一种媒质进入另一种媒质时，会产生的一种反射。其反射强度与两种媒质的相对折射率的平方成正比。如图8-6所示，一束能量为P0的光，由媒质1（折射率为nl）进入媒质2（折射率为n2）产生的反射信号为P1，则 （8-1）221211)()(nnnnP图8-6 菲涅尔反射12 OTDR利用光纤的上述特性进行工作，原理框图如图8-7。图8-7 OTDR原理框图13 当光纤的一端注入一个功率为P0的窄脉冲在光纤传输时，距输入端距离为L的A点经背向散射回到输入端的光功率为 （8-2）其中，S：光纤背向散射系数；：光纤传输衰减常数。光信号由注入端进入光纤到达A点经背向散射回到注入端的时间t和L之间的关系为 （8-3）其中，c：光在真空中的传播速度（3105km/s）。n l：光纤纤芯折射率。t：一束光由注入端起到回到该点的时间。LLeSPP20)(1221nctvtL14 可见，只要测出光信号返回时间及其对应的光功率就可算出光纤的长度，并由式（8-4）进行光纤衰减计算。在图8-7中，光纤中B点经散射返回到始端的光功率为 （8-4）则AB间光纤的衰减为 （8-5）根据上述原理，由光纤一端注入一个很窄的光脉冲，以在该端接收背向散射信号，并对数处理后，所得结果作为纵坐标，以信号回到该点的时间先后为横坐标（实际仪表显示采取长度L=ct/2n），显示该光纤的背向散射曲线，如图8-8所示。)1(20)(LLBeSPP(dB)lg21lg21lg21lg21)1(2020)1(2020)()()(1LLLLLLBLLeSPeSPeSPeSPPP15图8-8 OTDR的典型背向散射特性曲线16 OA段：为盲区，其长度和注入光脉冲宽度成正比。AB、BC、CD段：均匀光纤。B点：光纤的熔接接头产生的下降台阶。C点：光纤的活动连接器接头产生的菲涅尔反射的下降台阶或由光纤裂缝产生的局部菲涅尔反射。D点：光纤末端由于光纤与空气之间的折射率差而产生的菲涅尔反射。在曲线中只要读出两点的电平差就是该点间的光纤衰减；水平两点间的差即为该两点间的距离；下降台阶的高度即表征了光纤的接头衰减。上述结果仪表均可直接读出，并可得到光纤的衰减常数，根据光在光纤中传输的速度与时间的关系，可测出光纤长度。17 2OTDR的主要参数 （1）动态范围 当被测光纤过长时，测试曲线就会出现如图8-9所示的情况。仪表实际可以测量的光纤最大长度为 （8-6）式中：D称为OTDR的动态范围，即：初始背向散射电平与噪声电平的差值（dB）定义为动态范围，为光纤的衰减常数。由分析可知：对衰减一定的光纤，仪表的动态范围越大，可测量光纤长度越长，反之越短；对同一动态范围的仪表，光纤衰减越小，可测长度越长，反之越短。OTDR的动态范围并不是越大越好。DLmax18图8-9 OTDR动态范围示意图19 （2）盲区 盲区是指：由于光纤和仪表耦合时存在空隙，由此产生的菲涅尔反射远大于背向散射，致使放大器饱和，而掩盖了背向散射信号，致使仪表无法测量那段光纤长度，如图8-10所示。图8-10 OTDR盲区定义示意图 注：实际工程测量时，常加入一段“过渡光纤”来减小盲区对测量结果的影响。20 （3）测量精度 是指因仪表方面的因素对长度测量结果的影响，有：第一是仪表折射率的设置。由于OTDR是依据测量时间，利用公式L=ct/2n来计算光纤长度的。为保证测量结果的准确性，每次测量之前必须根据光纤实际折射率值对仪表参数进行设置，但因它们之间总存在误差，导致测量结果产生误差。第二是仪表内部作为时钟的晶振频率的准确性和稳定度。因所测得时间的准确度受时钟影响，所以时钟影响会给长度测量带来一定的误差。第三是仪表在进行数据处理时采样的间隔。取样点越多，取样间隔越小，实际曲线和显示曲线就越接近，误差就越小。21 3OTDR的使用方法（以HP8147为例加以说明）（1）HP8147面板及功能键说明 硬功能键 硬功能键由缩放键、改动旋钮、打印键、存储键轨迹/事件键、开始/停止键和自动测试键组成，其前面板示意图如图8-11。缩放键：用于改变垂直和水平方向上显示的幅度。游标键：使游标在ABCABA间滚动激活。全景键：显示整条曲线。局部键（又叫游标区域）：激活以游标为中心的区域，对曲线进行放大。如果游标AB被激活时，显示区域为AB之间的区域。22图8-11 HP8147前面板示意图23 改动旋钮：与缩放键配合使用时可以改变游标的位置。自动键：可使仪表进入自动模式，连按两次可使OTDR的优化模式为标准模式。存储键：将OTDR测试的曲线存储到指定的磁盘（软盘或硬盘）中。轨迹/事件键：可改变主显示区的显示内容为轨迹或事件表。开始/停止键：用于OTDR的测试开始与停止。24 软功能键 软功能键包括测量软功能键（F1F6）和菜单软功能键两部分。菜单软功能键有3层显示方式，习惯上经常用1/3、2/3、3/3菜单表示。1/3：由设置、分析、文件、查看和配置组成。2/3：由开始位置、区间、脉宽、波长和平均时间组成。3/3：由概览、最优化、折射率（IOR）、垂直偏移和文件名（或空白）组成。对应相应的软功能键，可激活一系列相对应的菜单。每组功能键由5组菜单组成，每个菜单又有多项选择，某些选项上还需进一步选择。这些选项都以实心的右箭头来标识。25 （2）HP8147参数设定 根据被测光纤的长度、传输波长和折射率来设定OTDR的测试参数。需要设置的参数主要有测量参数、光纤参数、前面板连接和事件门限4类。测量参数 测量参数包括起始位置、测试区间、脉冲模式、优化模式、测量模式和平均时间参数。起始位置：设定测量的起始位置。测试区间：设定测量的距离。脉冲宽度：设定测量所用脉冲宽度，如不知具体脉冲宽度，可以用自动测试方法获得相应的测量结果。HP8147的脉冲宽度有10ns、30ns、100ns、300ns、1s、3s和10s等。26 波长：设定测量时所用波长，这与OTDR所配模块有关。HP8147的测试波长有两挡，即1 310nm和1 550nm。工作模式：主要指仪表是以自动或手动方式工作。最优化：根据测试需求选择不同的优化模式。HP8147允许用户根据需要选择4种优化模式，即标准模式、分辨率优化模式、动态范围优化模式和线性优化模式。标准模式是仪表自动选择模式；当希望可测距离尽可能长时应选择动态范围优化模式；当用户对一段短距离光纤进行测量时，测试结果中的分辨率十分重要，此时可采用分辨率优化模式；当希望对光纤上某点进行相对测量时应选择线性优化模式。27 测量模式设定：根据测试要求选择测试模式分为平均、刷新、回损和连续（又叫CW）方式。平均时间设定：平均时间一般为30秒3分种，推荐在1分钟左右为好。光纤参数：包括折射率和散射系数。折射率设定：可选择整体和部分折射率设定。28 参数的设置方法 参数设置有两种方式：一种用2/3和3/3中的相关单项设置；另一种方式为选择3/3中的概览项，统一对光纤的测试参数、光纤参数、前面板连接器和事件门限进行设置。以统一设置方式为例说明。统一设置参数概览显示如图8-12所示。29图8-12 统一设置参数概览示意图30 参数设置的步骤如下。首先选择3/3菜单，再选择其中的概览项，在显示屏上将显示如图8-12所示的画面。旋转改动旋钮，光标跟随移动。当移动到设置点时按下改动旋钮，再次旋转改动旋钮改变数据，调整好后按下改动旋钮确认，该参数设置完毕。按此方法设置完所有应设置的参数。按确认软功能键，确认所设参数。此时概览菜单消失，刚才所设参数被记录，至此参数设置结束。如果按取消键，刚才所设参数作废，仪表将采用最近一次所设的有效参数。31 OTDR测量光纤衰减常数和长度所需的仪表、工具与器材有：OTDR一台 被测光纤（光缆）V沟连接器 过渡光纤32 用OTDR测量光纤（光缆）的衰减常数和长度的测量系统如图8-13所示。图8-13 光纤（光缆）的衰减常数和长度的测量系统 其测量步骤如下。（1）按图8-13连接OTDR和被测光纤（光缆）。（2）开启OTDR的电源，按照8.2.2节介绍的OTDR使用方法进行设置。33 （3）参数设置：按照被测光纤（光缆）的折射率设置OTDR的折射率值，选取合适的脉冲宽度。（4）测试键（按下测试键，输出指示灯亮、测试完毕指示灯灭，曲线稳定）。（5）存曲线（起文件名、确认、储存测试结果）。（6）曲线分析。确定游标 读取AB间的距离即为光缆的纤长 读取衰减常数34 光纤通信系统是由光发送机、光接收机、光纤（或光缆）和各种耦合器件等组成的信息传输系统。（1）熟悉和掌握光纤通信设备的组成；（2）掌握光纤通信系统的信号流程。参观与认识光纤通信设备所需的设备为：电信分公司光纤传输机房运行的光纤通信系统或学校模拟运行的光纤通信系统。35 （1）对照光纤通信系统（图8-14所示是一个34M的数字光纤通信系统），说明光纤通信系统的组成，每一部分的位置、作用及光纤通信系统的信号流程。（2）光纤通信系统由传输设备和传输线路组成。传输设备和传输线路通过活动连接器相连接（指出活动连接器的位置）。（3）光端机在系统中的位置介于电端机和传输线路之间。光端机主要有光发送机、光接收机及辅助部分组成。（4）另外，光纤通信设备中的辅助部分有公务、监控、告警、输入分配、倒换、区间通信和电源等。36图8-14 光纤通信系统框图37 光端机的电性能参数，主要包括输入口参数和输出口脉冲波形的测试。8.4.1 学习目的 （1）掌握光端机输入口允许衰减、抗干扰能力及容许码速偏移的测试方法和步骤。（2）掌握光端机输出脉冲波形的测试方法和步骤。8.4.2 仪表原理与使用 本节使用的仪表的原理与使用方法见后面几节。38 1输入口允许衰减和抗干扰能力测试 （1）指标要求 输入口应能正确接收经过衰减的信号，这种特性用允许衰减范围表示，具体要求如表8-1所示。表8-1 输入口允许衰减和抗干扰能力指标比 特 率允 许 衰 减抗干扰能力标称值（kbit/s）容差（bit/s）测试频率（kHz）衰减范围（dB）信号/干扰干扰源2 048102.41 024061821518 448253.44 3340620215134 368687.417 148012202231139 2642 08970 000012202231398.4.3 测量原理 （2）测试原理 输入口允许衰减和抗干扰能力测试原理框图如图8-15所示。图8-15 输入口允许衰减和抗干扰能力测试原理框图40 2输入口容许码速偏移测试 当输入信号的码速或时钟频率在该范围内变化时，系统能正常工作，不会发生误码。建议容许的指标要求如表8-2所示。参数码速（kbit/s）容 许 偏 差序 列 长 度接 口 代 码2 04850ppm（102b/s）2151HDB38 44830ppm（253b/s）2151HDB334 36820ppm（687b/s）2231HDB3139 26415ppm（2 089b/s）2231CMI表8-2 测试信号输入口容许码速偏移测试框图与图8-15相同。41 3输出口脉冲波形测试 （1）脉冲波形样板 光端机输出口的脉冲波形应符合ITU-T的G.703建议中给定的波形样板，建议的脉冲波形样板如图8-16、图8-17和图8-18所示，不同比特率的数字输出口的指标要求见表8-3。实际测试出的脉冲波形在样板图中斜线范围内就认为符合要求。42图8-16 2 048kbit/s和 8 448kbit/s接口脉冲样板图43图8-17 34 368kbit/s接口脉冲样板图44图8-18 139 264kbit/s接口脉冲样板图45比特率（kbit/s）2 0488 44834 368139 264脉冲形状（标称脉冲形状为矩形）无论正负，有效信号的所有传号应满足如图8-16（a）所示的模板其中V表示标称峰值无论正负，有效信号的所有传号应满足如图8-16（b）所示的模板无论正负，有效信号的所有传号应满足如图8-17所示的模板标称波形为矩形，应满足图8-18所示的模型每个传输方向的线对一条对称线对一条同轴线一条同轴线一条同轴线一条同轴线测试负载阻抗120电阻抗75电阻抗75电阻抗75电阻抗75电阻抗传号（脉冲）的标称峰值电压3V2.37V2.37V1.0V峰峰电压；10.1V表8-3 不同比特率的光端输出口的指标要求46比特率（kbit/s）2 0488 44834 368139 264空号（无脉冲）的峰值电压00.3V00.237V00.237V00.1V实测稳态幅度10%与90%之间上升时间：2ns标称脉冲宽度244ns59ns14.55ns转换时间容限（以负向转换平均幅度为基准）a负向转换；0.1nsb在单位间隔边界正向转换；0.1nsc在单位间隔中点正向转换；0.1ns脉冲宽度中点，正负脉冲幅度比允许范围0.951.05允许范围0.951.05允许范围0.951.05脉冲半幅值处，正负脉冲宽度比允许范围0.951.05允许范围0.951.05允许范围0.951.05表8-3 不同比特率的光端输出口的指标要求47 （2）测试原理 输出口脉冲波形测试框图如图8-19所示。示波器一般采用高频宽带示波器，具体要求如表8-4所示。示波器与光端机输出口的连接方式与码速有关，具体如图8-19所示。对于2 048kbit/s接口，有75不平衡阻抗和120平衡阻抗两种，示波器的连接方式稍有不同。120平衡输出口用图8-19（a）中的配置，75不平衡输出口和其他比特率的75不平衡输出口用图8-19（b）或（c）中的配置，在PDH中一般多用（b）配置；（c）配置用于比特率较高的输出口。48表8-4 对示波器和探头的要求接口标称比特率（kbit/s）y轴下降3db上限频率（MHz）固定阻抗（低抗输入）（）低电容高阻抗探头耦 合 方 式工作频段（MHz）输入阻抗（输入电阻及并联电容）2 0486006010M，20pF直流（DC）8 4481505001505k，20pF直流（DC）34 3683505003505k，20pF直流（DC）139 264155 520500（注）5005005k，1.0pF交流（AC）耦合电容0.01F49图8-19 输出口脉冲波形测试框图及与示波器连接方式图50 光端机电性能参数测试所需的仪表、工具有：被测系统 数字传输分析仪 示波器 探头 衰减器51 1输入口允许衰减和抗干扰能力测试 （1）时钟源和图案发生器发送标称比特率、码型和长度的伪随机信号。（2）调整干扰支路衰减器，使信号/干扰比等于表8-1中的要求值，连接电缆的衰减接近0dB时，误码检测器应检测不到任何误码。（3）在外时钟源速率有偏差（在表8-1的容差范围内），连接电缆衰减增大的不利条件下，误码检测器应检测不到任何误码。52 2输入口容许码速偏移测试 测试时，先调高或调低码型发生器的时钟频率，使在误码检测仪上观察到误码，然后向相反的方向调整，使之刚好不出现误码。此时，码型发生器的最高码速（或频率），或最低码速（或频率）与标准码速（或频率）之差，即为正负方向的最大容许码速或时钟频率偏差。53 3输出口脉冲波形测试 （1）按图8-19接好电路，码型发送器发送规定比特率、码型和长度的伪随机测试信号。（2）将测试负载阻抗（75或120）或者75/50阻抗变换衰减器的75侧接到被测光端机的输出口上。（3）校准零基线，方法是将示波器输入端短路（即不给示波器送信号），将水平扫描线调到屏幕的适当位置（样板的标称0V线）处。（4）再将被测信号送入示波器，从屏幕上读出表8-3中的各参数，经简单处理，应满足表内的相应指标要求。139 264 kbit/s输出口，示波器是用交流（AC）耦合方式。CMI码的幅度中线和示波器的零基线之差不超过范围0.05V。54 8.5.1 学习目的 （1）掌握光功率计的原理与使用方法；（2）掌握光端机平均发送光功率的测量方法和过程；（3）掌握光端机消光比的测量方法和过程。55 1光功率计的工作原理 测量光功率的方法有热学法和光电法。光通信测量中普遍采用的光电法制作的光功率计。光电法就是用光电检测器检测光功率，其基本原理框图如图8-20所示。图8-20 光功率计原理框图56 2光功率计的主要技术指标 （1）波长范围：主要由探头的特性所决定，一种探头只能在某一光波长范围内适应。为了覆盖较大的波长范围，一台主机往往配备几个不同波长范围的探头。（2）光功率测量范围：主要由探头的灵敏度和主机的动态范围所决定。使用不同的探头有不同的光功率测量范围。57 3光功率计的使用 一是要选择与被测光源相匹配的波长范围的探头；其次是端面的处理，以便耦合。下面以ML93A为例说明光功率计的使用方法。图8-21 ML93A光功率计面板图58 图中：（1）电源开关：有“AC”和“DC”两种。（2）控制方式指示：当光功率计由外部控制时，“REMOTE”指示灯亮，其他方式时“LOCAL”指示灯亮。（3）输入连接器；用来连接光检测器。（4）零点调整（粗调）：零点校准的旋钮。（5）自动零点调整（细调）：在完全遮挡了光检测器受光口的状态下按该键，就可自动进行零点校准。（6）平均化：按压该键，可对输入信号进行平均化处理。（7）量程/保持：可用自动或手动方式转换量程。59 （8）模态转换：光功率的单位有“dBm”和“W”两种拱选择。（9）标准系数设定：设定光检测器的灵敏度补偿值。（10）标准系数显示：显示光检测器的灵敏度补偿值。（11）功率显示：显示功率测量值。（12）电平表：输入功率监视用。60 光端机平均发送光功率和消光比的测试原理如图8-22所示。图8-22 光端机平均发送光功率和消光比的测试原理图 8.5.4 仪表、工具准备 光端机平均发送光功率和消光比测试所需的仪表、工具有：被测光纤通信系统、光功率计。61 1光端机平均发送光功率测试 （1）自光端机A点送入PCM测试信号。（2）把光纤测试线分别插入发送端连接器与光功率计连接器，此时从光功率计读出的功率（P）就是光端机进入光纤线路的平均发送光功率。（3）有的功率计可直接读dBm，若只能读mW（毫瓦）或W（微瓦），则应换算成dBm，换算公式为 （dBm）（8-7）说明：平均光功率与PCM信号的码型有关，NRZ码与占空比为50%的RZ码相比，其平均光功率要大3dB。光源的平均输出光功率与注入它的电流大小有关。毫瓦毫瓦值1lg10P62 2光端机消光比（EXT）测试 （1）将光端机的输入信号断掉时，测出的光功率为P00，即对应的输入数字信号为全“0”时的光功率。（2）测量P11时，信号源送入长度为2N1的伪随码，N的选择与平均发送光功率测试相同。全“1”码时的光功率应是伪随机码时平均光功率P的2倍，即P11=2P。因此，消光比可表示为 （8-8）测试结果可按式（8-8）计算。消光比还可以表示为 （8-9）当P=0.1P11时，EXT=10dB。PPEXT200)lg(100011PPEXT 63 （1）掌握光可变衰减器的原理与使用方法；（2）掌握光端机接收灵敏度的测试原理和方法，能熟练进行测试；（3）掌握光端机接收动态范围的测试原理和方法，能熟练进行测试。64 光衰减器：（1）用途与分类 概念：光衰减器是对光信号进行衰减的器件。作用：用于调整中继段的线路衰减、评价光系统的灵敏度及校正光功率计等。分类：光衰减器有两种类型，即可变光衰减器和固定光衰减器。65 （2）工作原理 图8-23所示为可变光衰减器原理结构，其由两级构成，一级为分挡衰减级，另一级为连续可变衰减级。图8-23 可变光衰减器原理结构图66 （3）使用方法（以DB-2900衰减器为例加以说明）此种衰减器面板结构及各部分的名称：如图8-24所示。各功能键作用。电源键：按下该键打开电源，再次按下该键关闭电源。偏置键：用于设定仪器本身引入的插入损耗值（X）。设置键：用于设置DB-2900的衰减值。一般有仪表损耗（dBm）和仪器损耗加仪器附加损耗（dB+X）两种显示模式。波长键：用于选择波长，有1 310nm和1 550nm两种。显示屏：显示屏一般分3行显示，第一行为告警信息，如OVER RANGE为损耗设置已超出最大范围（60dB）；第二行显示当前损耗值，当超过最大值时显示99.9，当小于最小值（0dB）时显示为LO；第三行显示所选定的工作波长。67 图8-24 DB-2900衰减器的面板结构及各部分的名称图68 具体操作应用 确定插入损耗：将衰耗器显示设定为零，用光源和光功率计测试此时的仪器本身损耗，以确定适当的偏置值。在光纤路由中加入光衰耗器。打开衰耗器电源，仪表自检后偏置上方dBm指示灯亮。按波长键选择测试波长。按偏置键和下方的（X）改变旋钮输入偏置值（偏置值预先测出）。按偏置键，关闭偏置指示灯，此时设置键上方dBm指示灯亮。通过旋转红色损耗旋钮（dBm）输入内部衰耗值。按设置键选择内部损耗（dBm）或总损耗（dBm+X）。69 光接收机灵敏度和动态范围的测试原理如图8-25所示。图8-25 光接收机灵敏度和动态范围的测试原理图70 光接收机灵敏度测试所需的仪表、工具有：被测光纤通信系统 光可变衰耗器 光功率计 数字传输分析仪71 （1）按图8-25要求将误码测试仪、光可变衰减器与数字光纤通信系统连接。（2）误码测试仪向光端机送入伪随机码测试信号。（3）调整光衰减器，逐步增大光衰减，使输入光接收机的光功率逐步减少，使系统处于误码状态。然后，逐步减小光衰减器的衰减，使误码逐渐减少，当在一定的观察时间内，使误码个数少于某一要求，即达到系统所要求的误码率。（4）在稳定工作一段时间后，从R点断开光端机的连接器，用光纤测试线连接R点与光功率计，此时测得光功率为Pmin，即为光接收机的最小可接收光功率。（5）按式PR=101g（Pmin/1mW）计算用dBm表示的灵敏度PR，例如，测得Pmin=9.3nW，则PR=50.3dBm。72 在灵敏度测试时，一定要注意测试时间的长短。误码率是一个统计平均的参数，它只有当n足够大时才比较准确。各类系统误码率不同时，光接收机灵敏测试的最小时间t 如表8-5所示。表8-5 灵敏度测量的最小时间 速率误码率 t2Mbit/s8Mbit/s34Mbit/s140Mbit/s1098分钟2分钟29分钟10105分钟1.2分钟101150分钟12分钟73 8.7.1 学习目的 （1）掌握数字传输分析仪的原理与使用方法；（2）掌握光纤通信系统误码性能测试的原理；（3）掌握光纤通信系统误码性能测试的步骤。74 1误码测量原理 误码仪由发送机和接收机两部分组成。发送部分主要由时钟信号发生器、码型发生器以及接口电路组成，如图8-26所示。它可以输出各种不同序列长度的伪随机码（从271至2231 bit）和人工码，以满足不同需要。接收部分由码型发生器、同步检测、开关和比特误码检测等部分组成，如图8-27所示。一般误码仪都有“误码率”、“误码计数”、“误码秒”和“不误码秒”等多项测试功能，有的还可自动计算出待测设备或系统的“利用率”和“可靠度”。75图8-26 误码仪发送部分框图图8-27 误码仪接收部分框图76 2误码仪的性能指标 以日本安立公司生产的ME520A/B误码仪（数字传输分析仪）为例介绍具体仪表的性能指标（摘录）。ME520A/B误码仪适用于一次群到四次群数字传输系统，测试比特码速率为1kbit/s150Mbit/s，其发送机和接收机的性能指标有：（1）发送机 比特率 时钟输出 码形图案 插入误码 输出码 抖动调制 （2）接收机 比特率 时钟输入 图案 误码测量 状态显示 抖动测量77 3误码仪的使用方法 （1）仪表面板介绍 ME520A/B误码仪面板由发射机前、后面板，接收机前、后面板组成。发射机前面板和后面板分别如图8-28和图8-29所示。其功能说明如表8-6所示。接收机前面板和后面板分别如图8-30和图8-31所示。其功能说明如表8-7所示。78图8-28 误码仪发射机前面板79图8-29 误码仪发射机后面板80序号标 记功 能 说 明T1FREQ OFFSET/JITTER MOD国 MODE 国 OFF国 FREQ OFFSET国JITTER MODULATION （UI-PP）国频率偏移/抖动偏移时钟偏移和抖动调制转换频率为BIT RATE键所设置的值，无显示可用和键设置频率偏移值抖动由输入信号经调制产生表8-6发射机面板功能说明81序号标 记功 能 说 明T2PATTERN国 2101 国 2151 国 2231 国ZERO SUBSTITUTION（零替代）国 1-16比特国 SET 1 国 STE 0 国 CHANGE 国 28BIT国PATTERN 国10级PRBS15级PRBS（CCITT.Rec.0.151）23级PRBS（CCITT.Rec.0.151）一个序列可在8120个时钟周期内以8为步进设为零，按下CLEAR键可清除零替代或字图形“字”设置指示灯二进制“1”键二进制“0”键改变字图形的修改位（修改位出现闪烁），此时可用SET 1或SET 0键修改也可修改零替代（只管增加）字设置指示灯，由外部信号控制图形选择键表8-6发射机面板功能说明82序号标 记功 能 说 明T3BIT RATE/FORMAT国BIT RATE（kbit/s）国 704国 2048国 8448国 36368国 139264国 EXT国FORMAT 国 AMI国 HDB3国 NRZ国 RZ国比特率/格式速率选择键内部时钟频率为704（kbit/s）内部时钟频率为2 048（kbit/s）内部时钟频率为8 448（kbit/s）内部时钟频率为36 368（kbit/s）内部时钟频率为139 264（kbit/s）外部时钟（输入端口在后面板EXT CLOCK INP格式选择键AMI格式HDB3格式NRZ格式RZ格式表8-6发射机面板功能说明83序号标 记功 能 说 明T4ERROR ADDITION国 MODE 国 BIT国 CODE国RATE 国 OFF国 10-6国 10-5 10-4国 10-3国 SITNGLE国 EXT国误码插入方式选择键在二进制信号中插入比特误码在编码格式中插入编码误码误码率插入选择键不产生误码误码率为110-6误码率为110-5误码率为110-4误码率为110-3按一次键产生一个误码由外部信号ECL的上升沿产生误码表8-6发射机面板功能说明84序号标 记功 能 说 明T5CLOCK POLARITY 国 CLOCK国 CLOCK国 LEVEL 国 TTL国 ECL国 SET国 OFFSET国时钟极性选择键时钟上升沿改变NRZ数据，时钟和RZ数据保持同一相位时钟下降沿改变NRZ数据，时钟和RZ数据相差180时钟输出电平选择键+2.5V（高）/+0.5V（低），（75），地终端 0.8V（高）/1.8V（低），（75），地终端AMPLITUDE 1Vp-p到2Vp-p可调2V到+2V可调，75地终端T6NRZ.RZ LEVEL 国NRZ、RZ输出电平选择键，TTL、ECL、SET电平同T5表8-6发射机面板功能说明85序号标 记功 能 说 明T7GP-IB REMOTE/LOCAL 国 REMOTE国 LOCAL国远程/本地方式控制键借助GP-IB来控制本仪器，自测试属于远控除REMOTE自测试外均属此状态，在本地方式中所有的键都有作用T8电源（POWER）国交流电源开关开电源后首先进行测试，为了安全，交流线的两边同时开启或关断T9EXT JITTER MOD INPUT 75-国外部抖动调制输入调制灵敏度在5Hz时为10UI-PP/V，直流耦合，输入阻抗75T10CLOCK OUTPUT国单极性时钟输出两个输出端相位相同表8-6发射机面板功能说明86序号标 记功 能 说 明T11CMI，NRZ，RZ OUTPUT 75国国CMI和NRZ，RZ数据输出4个输出端对于CMI数据是同相的，对于NRZ，RZ顺序延迟2比特，RZ数据和时钟之间的时间差0.5ns，而NRZ则 国 START 国闸门时间/实时时间设置闸门时间和实时时间选择键以时间为单位设置闸门周期以时钟为单位设置闸门周期手动闸门时间选择键手动闸门时间控制键年月日选择键国时分秒选择键国右移键国当按下START键时，显示从0秒开始国92表8-7接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R2GATING PERIOD/REAL TIME国（1）闸门周期6位LED显示器 以天、时、分、秒来显示所设闸门时间以时钟数1E06-1E12显示所设闸门时间手动闸门时间控制START/STOP 国（2）实时时间显示年、月、日、时、分、秒闸门周期/实时时间显示器10段条形LED显示器显示已消耗的闸门时间比例，每亮一段表示已耗去闸门的10%同上，当闸门设置太小，两端的LED出现闪烁条形LED中5个LED点亮，在测量结束时，所有的LED瞬时点亮，然后熄灭93表8-7接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R3STATUS国国国国国国国国NO SIGNAI国国SYNC LOSS国国 AIS 100误码状态指示右边一行是现行状态监视器，无论是现行方式还是上次方式都指示现行状态左边一行为状态记录在CURRENT DATA方式中，记录当前闸门内曾发生过的状态，但不包括“100 ERROR”状态在LAST DATA方式中，记录前次闸门时间内该状态是否出现过无信号输入时此灯亮在NRZ格式时，无时钟输入也亮输入图形与内部本地图形不同步时此灯亮当ERROR MODE置为COOE时，SYNC LOSS灯不亮在规定时钟内零的个数8或4在误码率测量中，指示误码是否大于两位有效数字，小于时灯亮要知道有效数字的精确值，需检查误码计数显示测量结束时的内容记作上次数据94表8-7接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R4ERROR ERROR误码指示器当检出一个误码此灯亮几十秒在短时间内检测到若干误码，灯连续亮R5ERROR MODE RATE，%US国 COUNT，%SES国 INTVLS，%DM国国 F.INTVLS，F.INTVLS%，%ES，%MFS国误码测量，可同时测量8种误码，当SHIFT键不亮时，可选误码性能参数%US、%SES、%DM或%ES，其数值仍由上面的LED显示误码参数选择键误码率，不可用秒选择误码计数，严重误码秒选择误码间隔，劣化分选择，当CPU板上的S8-6开关置为“1”时，劣化分变为劣化十分无误码间隔，无误码间隔百分比，%误码秒，无误码秒选择，当CPU板上的开关（S3-1）为“1”时，上述误码秒可变为无误码秒，这4个参数共用一个键95序号标 记功 能 说 明R5ERROR THRESHOLD国 SET国（ERROR RATE THRESHOLD）国（ERROR COUNT THRESHOLD）国国国门限分为误码率门限和误码计数门限，由后面板上的打印检出选择开关H来设置当按下此键时，误码性能参数显示变为误码门限显示，此时不能用或改变门限当SET键再次按下时，左边第一位闪烁，此时可用或键改变门限，当再次按下时，闪烁停止按下SET键，显示器左边第一位闪烁，此时可用或键设置门限，当再次按下SET时，闪烁移至第二位，这3个键如此配合，可修改6位数的门限表8-7 接收机面板功能说明968.7.2 仪表原理与使用序号标 记功 能 说 明R5ERROR MODE BIT CODE BLOCK国SYNC国 AUTO国国国国国国 MAN 比特误码用二进制信号电平检测，CMI、AMI或HDB3码由解码器转换为二进制电平后检测编码误码，检测AMI、HDB3、CMI的编码错误字组误码，只用于PRBS，把一个PRBS序列作为一个字组，当字组中出现一个或更多的比特误码，便形成一个字组误码当出现下列失步条件，自动启动同步电路，直到同步为止失步条件：PRBS：10 000或1 000以上误码/80 000时钟WORD：10 000或1 000以上误码/80 000时钟同步获得条件：PRBS：在32个时钟周期内无误码WORD：在32至512个时钟周期内无误码手动启动同步电路，直至同步为止表8-7 接收机面板功能说明978.7.2 仪表原理与使用序号标 记功 能 说 明R6JITTER抖动显示器，显示抖动数据或冲击门限抖动数据在下列情况闪烁：.用内部参考时钟测量时，锁相环未锁定（大约8秒）.用外部参考时钟测量时，直流电路未稳定（大约15秒）.测量结果溢出R7JITTER国 RANGE RATE 国 SLOW国 MED FAST国国抖动测量抖动量程转换键，设“1”和“0”两个量程显示速率转换键，转换更新周期显示低至0.1Hz的抖动频率（抖动参考时钟必须外部输入）显示低至1Hz的抖动频率显示低至10Hz的抖动频率表8-7 接收机面板功能说明98表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R7FILTER 国国国 HP1/LP国 HP2/LP国 LP国MODE 国滤波器选择开关 速率与滤波截频的关系BIT RATE HP1 HP2 LPkbit/s （Hz）（Hz）（Hz）704 20 10k 100k 2 048 20 18k 100k 8 448 20 8k 400k 34 368 100 10k 800k 68 736 200 10k 3.5M139 264 200 10k 3.5M 所有滤波器的陡度大约为200dB/十倍程插入高通滤波器和低通滤波器插入高通滤波器和低通滤波器只插入低通滤波器上述3个灯全灭，无滤波器插入99表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R7国 JITTER UI国国国国国国国国 PRINT 国可同时测量4种抖动测量输入时钟或数据的抖动，连续按此键可依次显示以PP，+P，P为单位的抖动值在CURRENT DATA方式中，显示闸门周期内的最大抖动，抖动测量必须输入被测时钟和参考时钟，内部参考时钟是6个内部频率中的一个，外部参考时钟由后面板上的JITTERREF CLOCK端输入，被测时钟包括从前面面板输入的时钟和机内再生时钟按下此键时，打印所显示的抖动和时间100表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R7 HIT COUNT国 HIT INTVLS国国国 HIT FREE INTVLS国国国国HIT THRESHOLD SET 国国国国国 或 它是超过冲击门限的抖动，可测正冲击和负冲击含有一个或多个冲击的间隔总数，间隔有1s、0.1s、0.01s，可在后面板上选择不含冲击的间隔总数，双功能键，可在HIT FREE INTVLS和HIT FREE INTVLS%之间转换，后者是闸门周期内间隔总数与冲击间隔数之差与间隔总数之比门限设置功能键，按下时灯亮，门限值显示在抖动显示器上，用或键设置，量程和门限范围的关系如下：RANGE 门限范围（UI）步进（UI）1 0.050.500 0.001 10 0.50 5.00 0.01和SET键一起设置HIT THRESHOLD值101表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R8SINGLE/REPEAT SINGLE REPEAT单次测量指示灯灭时为重复测量，用下面的按键选择R9LAST DATA/CURRENT DATA SINGLE REPEAT上次测量指示灯灭时为现行测量指示，用下面的按键选择R10PANEL LOCK面板锁定键有3种方式.面板锁定除电源开关和电位器以外的所有键都被锁住.面板锁定+灯测试在面板锁定状态下进行测试，所有的灯点亮，再按一次此键，锁定释放，取消灯测试.常态面板锁定和灯测试复位102表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R11GP-IB REMOTE LOCAL远控指示，此灯亮时，仪器由GP-IB控制器控制，自测试时，自动进入远控方式灯灭时为本地控制，由下面的按键选择R12POWERON/OFF交流电源开关和交流电源故障指示电源接通后，所有LED灯点亮几秒钟以进行灯测试R13AC PWR FALL仅在这个开关接通时才检测电源故障R14PATTERN国 PATTERN 国 20101国 20151国 20231国ZERO SUBSTITUTION国国误码测量的参考图形图形选择键10级PRBS15级PRBS，符合CCITT Rcc，0，15123级PRBS，符合CCITT Rcc，0，151按CHANGE键，零替代在8至120比特内以步长8比特增加，按CLEAR键则清零，序列为正常伪随机码103表8-7 接收机面板功能说明序号 标 记功 能 说 明R14WORD国 1-16BIT国SET1 国SET0 国CHANGE 国 CLEAR 国“字”设置选择二进制“1”设置键二进制“0”设置键修改键，“字”图形时用于移动修改位，修改位出现闪烁，此时可用SET1或SET0修改，在设置零替代时，用于增加零替代的数值清除键，用于清除字图形和零替代R15CLOCK INPUT 75用于NRZ/RZ误码测量和时钟抖动测量使用时BIT RATE开关必须置为“EXT”，时钟输入条件在前面板上“CLOCK”一栏中设定104表8-7 接收机面板功能说明序号 标 记功 能 说 明R16BIT RATE/FORMATBIT RATE FORMAT恢复时钟比特率选择键编码格式选择键误码可在下表中给定的频率偏移下测量比特率（kbit/s）AMI HDB3 CMI 704 100ppm 3%-2 048 100ppm 3%-8 448 100ppm 3%-34 368 100ppm 3%-68 763 -+1%139 264 -+3%抖动可在上述比特率的50ppm范围内测量如果输入数据不满足上述的速率或无信号输入，相应的速率指示灯闪烁105表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R17NRZ，RZ INPUT 75用于单极性信号的误码测试在前面板上的时钟恢复速率设置为“EXT”时使用，数据输入的终端和门限由前面板上的NRZ/RZ一栏设定R18国INPUT CLOCKPOLARITY CLOCK CLOCKTHRESHOLD/TERM AUTO/GND GND/GND ECL/-2V 时钟输入时钟设置CLOCK和/CLOCK转换键时钟上升沿处NRZ数据改变，和RZ数据相位一致时钟下降沿处NRZ数据改变，和RZ数据相差180门限和终端条件转换键门限值设置在输入信号高、低电平的中间值，终端为地门限值是地电平，终端为地门限值是ECL电平的中间值（1.8V），终端为2V R19CMI INPUT 75用于CMI信号的误码和CMI数据抖动的测量，工作比特率为68 736、139 264kbit/s106表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R20AMI，HDB3 INPUT 75用于双极性信号AMI，HDB3误码，抖动测试，工作比特率为704、2 048、8 448或34 368 kbit/sR21NRZ，RZ国THRESHOLD/TERM 国 MAN/GND国 GND/GND国 ECL/2V国NRZ/RZ输入设置门限和终端条件选择键门限值可从+3V手动调节，终端为地门限和终端都为地电平门限为ECL电平的中间值（1.3V），终端为2VR22CMI，AMI，HDB3国 MODE 国 TERM国 MON国CMI，AMI，HDB3终端、监控选择终端方式和监视方式选择键终端方式监控方式，插入一个2630dB的放大器R23MEAS START/STOP闸门时间开始或停止键在开始时LED点亮，停止时LED熄灭107表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R24PRINTER国 PRINT国 FEED国PRINTER LOCK内设热式20式打印机，可打印测量条件、测量结果和测量时间该灯点亮，打印，不打印时再按下PRINT键，关掉此灯打印纸馈送键，无打印纸时，打印机保持在“打印结束”状态，以免损坏打印头用螺丝固定打印机，装纸或维修时反旋此柄拉出打印机R25GP-IBGP-IB插座R26ADDRESS.GP-IB操作置专用地址置TALK-ONLY开关至OFF.自测试和地址0方式接通电源之前，将所有开关置“0”.TALK-ONLY方式置TALK-ONLY开关为ON108表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R27保险丝R28PRINTER OUTPUT SELECTION开关A至G用于现行数据方式的单次和重复测量，上次数据方式的重复测量如果打印格式设置为ERROR PERFORMANCE，开关AG无效，数据按ERROR PERFORMANCE格式打印上述规定适合于内部和外部（只讲方式）打印机键的功能说明如下：A：ERROR PRINT 误码打印选择B：ERROR PRINT 只在开关A为“1”时有效，当输入数据超过由开关E，F，G设置的打印触发门限时打印数据 B为1：打印全部10项误码参数 B为0：只打印前面板上设置的一种误码参数109表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R28PRINTER OUTPUT SELECTIONC：JITTER PRINT 抖动打印选择D：JITTER PRINT 当开关C为“1”时有效，输入数据超过由开关E，F，G设置的打印触发门限时打印数据 D为1：打印全部7项抖动参数 D为0：只打印前面板上设置的一项抖动参数E：PRINT TRIGGER（现行方式）E为1：当输入数据超过%SES门限时，打印 E为0：不打印110表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R28PRINTER OUTPUT SELECTIONF：PRINT TRIGGER（现行方式）F为1：当输入数据超过%DM门限时打印 F为0：不打印G：PRINT TRIGGER（现行方式）G为1：打印误码秒 G为0：不打印H：ERROR THRESHOLD 误码率门限和误码计数门限选择 H为1：误码率门限 H为0：误码计数门限111表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R29ADDITIONAL FUNCTIONA：SELF TEST 自测试选择（自测试前将全部地址开关置为“0”）“1”自测试 自测试通过，误码显示器上显示PASS，不通过则显示并打印出错内容 “0”自测试关，置为初始状态B：BUZZER 蜂鸣器选择 置“1”时，每个误码都发出声响C：1秒D：0.1秒E：0.01秒 C，D，E开关为误码冲击间隔选择，当全部置为1或0时，选择1秒间隔；当两个以上的开关置为1时，选择其中长的一个间隔F：JITTER REF CLOCK 内、外抖动参考时钟选择，如用6个内部时钟频率以外的时钟做抖动测量或低于20Hz的抖动测量时，则用外部参考时钟，由后面板R33插座输入112表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R29ADDITIONAL FUNCTIONG：JITTER MEASUREMENT 内部、外部抖动测量选择，外部抖动测量信号由后面板R32插座输入H：WHEN JITTER-DISP BLINKS MEAS START/NOT START 如果抖动测量电路未稳定，抖动指示器闪烁，此开关用以选择是否把抖动指示器闪烁作为开始测量的条件 为“0”时，只要抖动显示器闪烁，即使按下START键，测量也不进行，一旦闪烁停止，测量立即开始 为“1”时，即使闪烁，只要按下START/STOP键，也开始测量113表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R30-5.2V OUTPUT用外接的时钟恢复器可以把139 264kbit/sCMI信号固有抖动提高到 0.025UI-PP（HP1+LP，2510），此插座为时钟恢复器提供-5.2V电源R31ERROR RATE OUTPUT误码输出，输出与所测误码率指数部分成比例的直流电压，每个闸门更新一次（以0.5V为单位增减）输出阻抗为运算放大器的输出阻抗R32JITTER MEASURE INPUT 抖动测量输入，当R29 ADDITIONAL FUNCTION G开关置为“0”时，使用此连接器，抖动显示器显示输入模拟电压相应的抖动值，输入灵敏度在量程1时为1.0V/UI-PP，在量程10时为0.1V/UI-PP当需要外部滤波器来评价抖动时，可在此输入端与JITTER DEMOD OUTPUT R34之间插入一个外部滤波器114表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R33JITTER REF CLOCK IN/OUT（ECL）抖动参考时钟输入/输出选择，当F开关置“1”时选择内部参考时钟（ECL）输出；F置“0”时，选择外部参考时钟（ECL）输入，做输入或输出时阻抗均为130（地）和180（5.2V）R34JITTER DEMOD抖动解调输出，它是一个带有直流成分的模拟信号，输出电平在量程1时为1.0V/UI-PP，在量程10时为0.1V/UI-PP，输出阻抗较低（运放的输出阻抗）直流成分5mVR35PATTERN SYNC OUTPUT（ECL）图形同步输出PRBS：1个脉冲/周期字（216bit）：1个脉冲/2周期字（1bit）：1个脉冲/4比特脉冲宽度：2个时钟当零替代增加时，脉宽相应扩展115表8-7 接收机面板功能说明序号标 记功 能 说 明R36DATA OU