2010光端机C6

单击此处编辑母版标题样式,第,120,页,X,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第6章 光端机,6.1 光发射端机,6.2 光接受端机,6.3 光端机的测试、 验收与维护,61 光发射机,1 光发射机的组成部分及功能,2 光源,3 线路编码,4 调制电路,5 自动控制电路,.1.1 光发射机的组成部分及功能,在光纤通信中，发射端机承担的主要任务，将电信号变成光信号，即进行E/O变换。,发射端机的框图为,发射机框图,光源提供适合在光纤中传播的光载波。,调制电路,注入调制电流而实现光波强度调制。,(半导体光源可以直接调制),控制电路为保证光功率稳定。,加上自动温度控制(ATC)和自动光功率(APC)电路,。,线路编码电路将电端机来的脉冲变换成新的便于对光源进行直接调制、有利于传输和接收、有助于公务和监测的线路码型,。,6.1.2 光源,光纤通信对光源的要求：,（1）光源发射的峰值波长，应在光纤低损耗窗口之内，即与石英光纤低损耗窗口0.85m，1.3m，1.55m相适应.,（2）有足够高的、稳定的输出光功率，以满足系统光中断段距离的要求；,(,输出太大，使光纤工作在非线性状态，不允许,),（3）有高的电光转换效率，低功率驱动，寿命长、可靠性高、稳定性好。,光源,（4)单色性和方向性好，以减少光纤材料色散，提高光源和光纤的耦合效率。,（5）易于调制，并且响应速度快，以利于高速率、大容量数字信号的传输。,（6）体积小、重量轻，便于安装和使用，也利于光源和光纤的耦合。,常用的光源：LD与LED的性能比较,6.1.3 线路编码,一线路码型的选择应满足下列系统的要求：,1）便于在中继机和终端上进行不中断业务的运行误码检测；,2）能减少码型中的低频分量，减少码流中直流基线的起伏；,3）能尽量减少连“0”和连“1“数，便于接受端时钟提取；,4）对高速率光纤传输系统，应尽量减少线路码多余度；,线路编码,5）线路码还原后，误码扩展应尽量小；,6）尽量减少“1”码出现的概率，减轻光源的负担，延长光源的受民寿命；,7）便于插入公务通信码字；,8）电子线路简单，耗电少（对长途通信中的中继器很重要）。,二光纤通信常用的线路码型,（1）mBnB,原始的码流按m比特分成一组后，再把分组码根据一定的规则变换成n比特的码组。m、n为正整数，且mn，编码后引入一定的多余度，多余度的大小m和n的比值决定。,（2）mB1H/1C码,mB1C码的编码规则是：将原始码流每m比特分为一组，然后在分组码的m+1位上插入一位C码，使C码为分组码中最后一位的补码。,mB1H/1C码由mB1C码衍变而来，当要求在线路码型中,插入监控、公务等信息码时,，可以在mB1C中扣除部分C码，在相应的码位上插入监控、公务等信息比特，称之为H码,。,6.1.4,调制电路,一直接调制原理与电流,直接调制技术具有简单、经济、容易实现等优点，是光纤通信中最常采用的调制方式，这种方式适用于半导体激光器和发光二极管，因为,发光二极管和半导体激光器的输出光功率,（对激光器来说是指阀值以上线性部分），,基本上与注入电流成正比,，而且电流的变化转换为光强调制也呈线性，所以,可通过改变注入电流来实现光强度调制,。,（1）模拟信号调制直接用连续的模拟信号（谐音，电视等信号）对光源进行调制。,原理,：连续的模拟信号电流选加在直流偏置电流上，适当地选择直流偏置电流的大小，可以减小光信号非线性失真，另外，模拟调制电路应是电流放大电路。,P v+,LED,I,0,I,LED为集电极的负载，集电极电流Ic，偏置电流Io，射极电阻用以稳定偏置电流参考电压。,模拟调制图,（a）模拟调制原理 （b）简单的模拟调制电路,P P,I I,I,m,（a）,L,ED数字调制原理 （b）,L,D数字调制原理,数字调制图,数字调制电路应是电流开关电路，最常用的是,差分电流开关,其基本电路形式如图：,LED v+,输入 参考电压,16,二 光发射机驱动条件的选择及驱动电路,（1）偏置电流和调制电流大小的选择,加大直流偏置电流使其逼近阀值，,可以大大减小电光延迟时间，同时使张驰振荡得到一定程度的抑制，接连阀值，减小电子导带的填充时间，从小减小电光延迟时间电子密度和光子密度的过冲也小，从而使张弛振荡也小,。,加大直流偏电流会使激光器的消光比恶化，影响接收机的灵敏度,。消光比是指激光器在全“1”,码时发射的功率（P,1,）与全“0”码时发射的功率（P,0,）之比，用dB表示时,18,光源的消光比将直接影响接收机的灵敏度，为了不使接收机灵敏度明显下降，消光比一般应不小于10dB，如果激光器偏置电流I,0,过大，势必会消光比恶化，降低接收机的灵敏度。,19,调制电流幅度的选择不应太大,，,使I,0,和I,0,+I,m,的值相差不大，较小的调制脉冲电流可以得到足够的输出光脉冲,，从而可以大大减小码型效应和结发热效应，即要使输出光脉冲足够大，I,0,和I,0,+I,m,值相差不大否则码型效应严重，后一个输出码元大于前一个码元的影响。,（2）I,M,的选择,1）应避开自脉动发生的区域，,激光器在某些区域有自脉动现象发生,。,2）保证要有足够的输出光脉冲的幅度。,3）减小光源的负担。,（3）,激光的调制电路,对激光器进行高速脉冲调制时，,调制电路既要有快的开关速度，又要保持有良好的电流脉冲波形,。因为不仅电流脉冲上升和下降沿的快慢会影响到光脉冲的响应速度，而且电流脉冲上升沿的过冲，还会加剧光脉冲的张驰振荡，要做到这两点，不仅电路的设计是重要的，而且电路的工艺也同样重要，因为杂散电感和杂散电容会给高速脉冲电路带来不良影响。,下图为一个实际的调制电路：,LD 参考电压V,m,ECL输出,44.7mb/s光发射机调制电路,23,图中的电路中，为保证差分特性的一致性，采用,集成差分对管作调制电路，电路中采用两级差分电流开关整形,，以获得很好的电流波形，为了提供快的开关速度，电流开关采用双边驱动，并且使所有的晶体管都不进入饱和区，从而使晶体管由导通变为截止时，不会因为有过多的存储电荷而影响开关速度。,6.1.5 自动控制电路,半导体激光器对温度的变化敏感，下图所示是长波长激光器输出光功率随温度发生变化情况。,P,T,1,T,2,T,1,时光输出,T,2,时光输出,I,0,I,I,m,阀值变化引起的光输出的变化,随着温度的升高和器件的老化，激光器的外微分量子效率降低，从而使输出光信号变化。,P,I,外微分量的效率变化引起的光输出,随着温度的升高，半导体激光器发射波长的降值移向长波例如：GaAs材料的温度系数为2.5A/K。,控制电路的作用就是消除温度变化和器件变化的影响，稳定输出光信号，目前主要采用稳定的方法：,（1）自动温度控制（ATC）,（2）自动功率控制（APC）,一自动温度控制（ATC）,LD温控电路方框图图,激光器,热敏电阻,控制电路,致冷器,28,热敏电阻,监测激光器的结温，与设定的基准温度比较放大后，驱动致冷器的控制电路，改变致冷量，从而保持激光器在恒定的温度下工作。,致冷器,半导体致冷器，利用半导体材料的,珀尔贴效应,制成的，当直流电流通过两种半导体（P型和N型）组成的电偶时，可以使一端吸热而另一端放热（帕尔帖效应可以控制温差达到3040,0,c。,为提高致冷效率和控制精度、激光器的温度控制常采用内致冷的方式，即：将致冷器和热敏电阻封装在激光器管壳内部，热敏电阻直接探测结区温度，致冷器直接和激光器的热导接触，据报导，这种方式可以控制激光器的结温在的范围之内，从而使激光器有较恒定的输出光功率和发射波长，但是温度控制方式不能控制由于激光器老化而产生的输出功率的变化。,温控（致冷）电路,V+ V+,_,+,R,T,温控（致冷）电路,致冷器,31,上图为常用的温控（致冷）电路，热敏电阻R,T,接在电桥的一个臂上，,在设定的温度下，电桥的状态应处在刚好使致冷器没有电流通过,，而当温度升高时，致冷器开始工作，热敏电阻具有负温度系数；电桥状态的变化自动控制致冷量的大小，从而维持激光器的结温不高于设定的温度。,温控电路的控制精度，不仅取决于外围电路和设计，而且受激光器封装技术的影响，激光器封装时，应使热敏电阻能准确地反映区温度，同时，致冷器和PN结应有良好的热传导，达到最佳换能状态。,二自动功率控制（APC）,由于激光器的阀值电流和外微分量子效率都会随温度和器件的变化而变化，因此，要精确控制激光器的输出功率，应从两个方面着手：,（1）,控制激光器的偏置电流,，使其自动跟踪阀值的变化，从而使激光器总是偏置在最佳的工作状态。,（2）,控制激光器调制脉冲电流的幅度,，使其自动跟踪外微分量子效率而变化，从而保持输出光脉冲信号的幅度恒定。,一般来说激光器的外微分量子效率随温度变化不是很敏感，为降低成本，简化控制电路，也可以,直接探测激光器发射的平均光功率，控制偏置电流,，从而维持输出光功率恒定，这种平均功率控制法在国内外被广泛采用。,美国亚特兰大44.7mb/s光纤通信系统中采用的平均光功率控制电路，光电二极管探测激光器的后向光，和参考电平比较及放大后控制激光器的偏置电流，维护输出光功率恒定。,随机脉冲序列的平均光功率往往会随码元组合情况而变化，在某一个时间间隔，可能会有较长的连零序列（或较长的连“1”序列）出现这时探测的平均光功率就会低于（或高于）正常的值，结果使控制电路产生误动作，为不避免这种情况发生，将传输的信号序列再送入运算放大器异名端，这样使检测到的光信号要与电信号进行比较，从而保持不论传输怎样的随机序列，控制电路都能正常工作。,三实用化LD组件,为实现上述ATC和APC的功能，目前实际商用的半导体激光器（LD）总是和其它一些部件装在一起，形成一个完整的LD组件，其内部结构如下图所示,图,L,D组件内部结构,LD,芯片,热敏电阻,光电二极管,致冷器,尾纤,热沉,6.2 光接受端机,6.2.1 概述,6.2.2 光电检测器,6.2.3 放大器,6.2.4 均衡器、AGC电路和再生电路,6.2.5光接收机的性能参数,6.2 光接收机,6.2.1,概述,光接收端机的作用是,探测经过传输的微弱光信号，并放大、再生成原传输信号,。,光接收机 模拟系统光接收机,数字系统光接收机,模拟光接收机的方框图,对强度调制（IM）的数字光信号，在接收端采用直接检测（DD）方式时，光接收机的主要组成部分为：,数字光接收机方框图,光电检测,前置放大,主放大器,均衡器,判决器,译码器,AGC电路,时钟恢复,光电检测器,：,把光信号转换成电流信号送入前置放大器,。,在光接收端机中，首先需要将光信号转换成电信号，即对光进行解调，这个过程是由光电检测器（光电二极管或雪崩光电二极管）来完成的。,前置放大器,：提高信噪比。,它的噪声对整个放大器的输出噪声影响甚大，因此它应该是精心设计和制作的低噪声放大器,。,主放大器,：提供足够的增益。,AGC电路,：使输出信号的幅度在一定的范围内不受输入信号的幅度的影响,。,增益可调，将前放输出的信号放大到所需的电平，,在不同的输入信号情况下仍能保证输出电平的稳定,。,均衡滤波器,：,对失真的波形进行补偿以减小码间干扰。,判决器和时钟恢复电路,：,对信号进行再生。,译码电路,：对发射端的线路编码在接收端进行相应的译码。,6.2.2 光电检测器,APD 和PIN的工作原理（第六章已讲）,6.2.3 放大器,接收机不是对任何微弱的信号都能正确接收的，这是因为信号在传输、检测及放大的过程中总会受到一些无用的干扰，并不可避免地要引进一些噪声，虽然来自自然环境或空间的无线电波及周围的电气设备所产生的电磁干扰，可以通过屏蔽等方法减弱或防止，但随机噪声是接收系统的内部产生的，是信号在检测、放大的过程中引进的，人们只能通过电路的设计和工艺尽量减小它，却不能完全消除它，虽然放大器的增益可以做得足够大，但在弱信号太弱时，必定会被噪声所淹没，因此，,将光接受机中的放大器分成前置放大器和主放大两部分。,一 前置放大器,放大器与前面的光电检测器紧紧相连，称之为前置放大器。,信号到达接收端经历了光纤衰减，如果采用一般的放大器进行放大，由于,放大器本身就会引入噪声,，所以，后一级放大器必然要将前一级放大器所引入的噪声也进行了放大，因此，信噪比没有得到多少改善。,前置放大器是一个低噪声、高增益的放大器，以获得较高的信噪比,。,e,a,(t),i,Q,(t) C,d,R,b,i,b,(t) C,S,i,a,(t) C,a,R,a,i,S,(t) A,P(t),光检测器 偏置电路 前置放大器,光检测器与前置放大器输入端等效电路,P(t)入射到光电检测器光敏面上的光信号功率；,i,S,(t)光电检测器输出的信号电流；,i,Q,(t)光电检测器输出的噪声电流，即散粒噪声电流；,C,d,光电检测器的结电容；,R,b,光电检测器和前置放大器的偏置电阻的并联值；,(R,L,),i,b,(t)并联电阻R,b,上的热噪声电流源；,C,S ,偏置电路的杂散电容；,R,a,前置放大器的输入电阻；,(R,b,),C,a,前置放大器的输入电容；,i,a,(t)前置放大器的输入端的并联噪声电流源；,e,a,(t)前置放大器的输入端的串联噪声电压源；,G,前放,I,P,R,i,C,i,(a) 低阻或高阻型,R,L,G,前放,I,P,C,r,(b) 跨阻型,接受机前放设计,电路类型,目前前置放大器的种类有低阻、高阻型和跨阻型三种类型。,f = (2R,i,C,i,),-1,低阻型,：,输入电阻的总电阻R,i,较小；,热噪声大（缺点）；,接受灵敏度低（缺点）；,带宽宽。,高阻型,：,输入电阻的总电阻R,i,较大；,可以增大前放的输入电压；,也可以降低热噪声；,增加接受灵敏度；,带宽窄（缺点）。,动态范围小,跨阻型,：（与高阻型相比较）,跨阻起负反馈作用，降低等效输入阻抗（G倍）；,电路稳定性提高,降低热噪声；,高接受灵敏度（比高阻低23dB）；,带宽比高阻型增加（G倍）。,动态范围大,为何光接收机的前置放大器多采用跨阻型（互阻型）？（高阻抗前置放大器只适用于传输速率不太高的系统或模拟系统）,晶体管类型,场效应晶体管 FET 双极型晶体管 BJT,通过比较其噪声功率，得出结论：,（光接收机前置放大器第一个晶体管是FET和BJT的依据）,系统宽带B10MHz时，FET的噪声BJT的噪声，FET作为前放的第一级有源器件。,系统带宽B30MHz50MHz以上时，BJT的噪声FET的噪声，应选用BJT作为前放的第一级有源器件。,BJT的噪声与带宽成一次方关系，而 FET的噪声与带宽成三次方关系的，随着传输宽带的增加，FET的噪声将迅速增加,。,当选用场效应管时，为使其噪声小，应选用跨导大、输入电容小的管子。,BJT价廉且耐用，而高频FET价高且易损坏，在对放大器要求不严格的场合下，以采用BJT为宜。,例,：,一个400Mb/s跨阻型前放，放大器的第一级采用了电压负反馈电路，第二级采用了射极补偿电路，以提升高频分量，另外，为提高灵敏度，还广泛采用一种称为PIN FET的组件，即将PIN管和场效应管（FET）合在一起组成前放，效果较好。,+6V,+V,输出,跨阻型前放,二、主放大器,是一个增益可调的放大器，不仅将前放的信号放大到所需的电平，而且增益可调，以适应在不同的输入信号情况下仍能保证输出电平的稳定。,6.2.4 均衡器、AGC电路和再生电路,一均衡器,作用：,对失真的波形进行补偿，以减小码间干扰,。,（1）升余弦幅频特性,f：有限 ，t：无限拖尾,对于一个实际使用的传输系统，其频带总是受限的，而对于一个频域受限的系统，它的时域响应将是无限的，也就是说它的输出波形必定有很长的拖尾，使前后码元在波形上互相重叠而产生码间干扰，影响接收机的灵敏度，均衡滤波电路的作用，是将输出波形均衡成具有升余弦频谱，做到判决时无码间干扰。,升余弦频谱,为：,1 当0w 时,A（w）,=,当, w,时,0 当w 时,式中T为码元间隔时间， 为滚降因子，,60,h（t）,-3T -2T -T 0 T 2T 3T t,均衡器输出响应图,具有升余弦频谱的波形尽管有拖尾，但,在所有的判决时刻（t=KT，K为整数），拖尾都是过零点（进行判决点），从而消除码间干扰,。,即虽不能消除码间干扰及相互影响，但能做到不管输入波形如何变化，只要经过均衡器后，它的输出即象图所示的那样，在某些特殊点（t=KT）干扰为零，由于这些特殊点上的波形不会有其它影响因素，因此可用于正确地判决。,（2）眼图分析法,在实验室里观察码间干扰是否存在的最直观、最简单的方法是眼图分析法，将均衡滤波器输出的随机脉冲序列输入到示波器的Y轴，用时钟信号作为外触发信号，使其与接收码元的周期同步，示波器上显示出的随机序列图形很象人眼，称之为眼图，利用眼图分析、判断系统的码间干扰和噪声影响的方法，称为,眼图分析法,，实际上眼图就是随机信号在反复扫描的过程中叠加在一起的综合反映。,140Mb/s光接受机输出眼图,t,2,最佳判决时刻,t,1,V,1,V,2,过门限失真,噪声容限,峰值干扰,模型化眼图,模型化眼图意义,：,“眼睛”睁开最大的地方为最佳抽样时刻。,眼图的垂直张开度定义为E,10,=，表示系统抵抗噪声的能力 ，称为信噪比边际。“眼睛”睁开的程度反映了码间干扰的程度。,眼图的水平张开度定义为E11=，它反映过门限失真量的大小，水平张开度的减小会导致提取出的时钟信号的抖动增加。,眼图的斜率表示系统对定时的灵敏度，斜率越大，对定时误差就越灵敏。,眼图中阴影区的垂直高度，表示信号的畸变范围。,抽样时刻，上、下两阴影区间间隔之半为噪声容限或称噪声边际，若噪声瞬时超过这个容限就会发生错误判决。,二 接收机的动态范围和AGC电路,灵敏度,反映接收机接收微弱光信号的能力。,动态范围,实际上反映了接收机接收强光信号的能力。,接收机的,动态范围,指在保证接收机正常工作的前提下，所允许的接收光功率的变化范围。,二 接收机的动态范围和AGC电路,当采用APD作光电检测器时可以采用两种方法扩大接收机的动态范围：,对主放大器进行自动增益控制；,对APD的雪崩增益进行控制,。,这两种方法都是以输出信号经峰值检波和AGC放大后的信号作为控制信号的,。,V反向偏压,n常数，与APD的材料、掺杂分布和工作波长等因素有关，取36,69,自动增益控制方框图,自动控制增益原理：通过AGC放大的输出电压高低的变化可以控制APD的偏置电压V，从而达到自动控制G的目的,。,光电检 测,前置放大,主放大,均衡滤 波,判决,APD,高压,AGC放大,峰值,检测,放大器电压增益的控制方式是多种多样的，这些方式大体上可归纳为两种情况：,改变放大器本身的参数，使增益发生变化。,在放大器级间放入可变衰减器，控制其衰减量，使增益发生变化,。,电压增益方法,非线性反馈阻抗法,改变差分放大器工作电流法,输入端采用二极管电控衰减器法,分流控制方法,三、再生电路,再生电路的任务是把,均衡器输出的升余弦波形恢复成数字信号,，它由判决电路（D触发器）和时钟提取电路（锁相环路和滤波器）组成。,原理,：,为了判定每一比特是“0”还是“1”，,首先要确定判决的时刻,，这就需要从升余弦波形中提取准确的时钟信号，时钟信号经过适当的移相后，在最佳的取样时间对升余弦波进行取样，,然后，将取样幅度与判决阀值进行比较，确定码元是“0”还是“1”,，从而把升余弦波形恢复再生成原传输的数字信号。这时取样幅度最大，抵抗噪声的能力最强。,再生电路中的重要部分是时钟提取电路。时钟提取电路不仅应该稳定可靠，抗连“0”或连“1”性能好，而且应尽量减小时钟信号的抖动。时钟的抖动使取样偏离最佳时间，增加误码率。尤其是在多中继器的长途通信系统中，时钟抖动在中继器中的积累会给系统带来严重的危害。抖动也是光纤数字通信系统的重要性能指标。,预处理及用锁相环路提取时钟的方法：,信号预处理,为了判决时无码间干扰，接收机输出信号总是被均衡成不归零（NRZ）的具有升余弦频谱的波形，但NRZ码中不含时钟频率的频谱分量。因此，在用滤波器或封相环路提取时钟时，首先要对信号进行非线性预处理。,预处理及用锁相环路提取时钟的方法：,非线性处理的基本方法是利用微分、整流电路来实现。当系统的速率较低时，可采用阻容微分、二极管全波整流的电路；当系统的速率较高时，可采用逻辑微分整流方式，或采用延迟原理窄化脉冲的方式。下图给出一个种非线性处理电路和它们的波形图。这个电路将输入不归零码先整形为矩形脉冲，再经过延迟线延迟，然后将延迟后的信号和原信号进行异或运算，便可行到含有时钟频率的窄脉冲输出。,A：,输入A 输出,C,B：,B C：,（a）非线性处理电路 （b）波形图,非线性处理电路,延迟线,77,锁相环路,图8-4-6的虚线右边的部分就是封相环对时钟提取电路，此电路包括鉴相器、环路滤波器和压控振荡器三部分。,NRZ,i,(t),0,(t),i,0,(t),0,v,0,(t),锁相环路方框图,信号,预处理,环路滤波器,压控振荡器,判决电路,鉴相器是一个对相位误差敏感的元件，它对预处理后的信码和压控振荡器输出的振荡信号进行鉴相，输出一个反映这两个信号的相位差的电压信号。鉴相器的输出电压为：,K,d,称为鉴相器的灵敏度，V,d,的极性反映信号V,d,是超前还是滞后V,0,。,环路滤波器是一个比较积分器，它通常分为无源和有源两种形式。锁相环路使用环路滤波器的目的是为了得到所需要的环路传递函数，即可以通过环路滤波器的参数来得到预定的带宽、阻尼等。,79,压控振荡器（VCO）的振荡频率与来自环路滤波器的误差电压成正比，故输出相位与控制电压的积分成正比，即：,K,0,是VCO的控制灵敏度，是环路滤波器的输出信号。,由于VCO的振荡频率受误并电压控制，所以，它输出信号的相位是随输入信码的相们一的变化而变化，从而保持相位跟踪。,用锁相环路提取的时钟信号具有抑制抖动性能好、抗连“0”、“1”的能力强等优点，但在高速系统中不易实现，因此，在高速系统中，常用滤波器来提取时钟信号。,80,判决电路,以D触发器为例说明判决器的工作原理。,判决电平,输入波形,D Q,C,0,时钟信号,判决器,由于D触发器是靠时钟的跳变沿（上升沿）触发，从而完成从D到Q的输出抽样，所以，可通过控制提取出时钟的相位，使得抽样点正好位于无干扰点上（见上图），这一点也正好是对应脉冲的峰值点上。若抽样值大于判决电平，则Q输出为“1”；若抽样值小于判决电平，则Q输出为“0”；一般将判决电平取为稍低于峰值电平的1/2，即4050%处。,6.2.5 光接收机的性能参数,光接收机的性能参数主要有,灵敏度,、,动态范围,和,抖动,。,误码率,（BER），指码元在传输中出现差错的概率，工程中常用一段时间内出现误差的码元数与传输的总码数之比来表示。,如BER=10,-9,，则表示每传输10亿个比特只允许错1个比特。,灵敏度,为保证一定的误码率，光接收机所需接收的最小光功率，,也就是说，不能再小了，否则系统的性能将无法保证,。,灵敏度的单位是dbm,可按10lg（最小功率/1mw）来换算（如1mw等于0dbm）,灵敏度表示接收机接收微弱信号的能力，数值越小，灵敏度越高，系统性能越好。,影响灵敏度的主要因素是各种噪声，关于它的计算比较烦琐。,动态范围,（D）在保证一定误码率（BER）的前提下，光接收机所允许接收的最大和最小光功率之比，即,（ db）,动态范围表示了光接收机对输入信号的适应能力，数值越大越好。,85,抖动示意图,抖动,是数字信号的有效瞬间对于标准时间位置的偏差。,如上图所示，脉冲的跳变沿不断变化，造成这一现象的原因可能是输入信号本身就有抖动，或提取出的时钟信号不稳定，由于这一参数属于固有参数，无法彻底根除，只能将其限制在一定的范围内。,6.3 光端机的测试、 验收与维护,光端机测试,工程验收,维护,6.3.1 光端机的测试,光端机的测试是光设计制作乃至验收、维护的重要环节，它既可以直接为通信业务服务，又可对理论进行检验，所以，了解并掌握光端机的测试方法是非常重要的。,光端机的测试内容主要包括：发送光功率、消光比、灵敏度、动态范围、光中继器、告警功能、重点波形,等。,一.发射端机的测试,发送平均光功率,的测试,光发射端机测试框图,原理,：,由误码仪送出2,23,-1或2,15,-1伪随机码,，用光功率计连接光源输出尾纤连接器，即可测量出发射机的输出平均功率。,误码仪（发送）,光发,射机,光功,率计,连接器,（,消光比(EXT),的测试,消光比是指光源发出全“1”和全“0”码时的光功率之比。,由于一般码型发生器发出的是伪随机码，可以认为“1”码和“0”码的出现概率相等，因此，全“1”码时的光功率等于平均光功率的两倍，所以，消光比可以表示为:,其中，Po为全“0”码时的输出光功率，,P,为输出伪码时的平均光功率。,消光比的测试框图,见上图,91,测试方法,为：,误码仪发送出2,23,1伪随机码，测出此时的平均光功率P,。,将光发送机中的线路编码盘拨出，测出此时的全 “0”码光功率P,0。,按上式计算即可得到消光比值。,例如：分别测得P,0,=50 uW ，Pa=500uW，则EX=13dB。在一般情况下要求消光比不小于10dB。,二光接收端机的测试,光接收端机的主要指标是,灵敏度和动态范围,。,灵敏度,的测试,保证一定的误码率下所需接收的最小光功率，它表示了光接收机接收微弱信号的能力。,测试框图,见下图。,误码仪,（发送）,光发,送机,光衰,减器,光接,受机,误码仪,（误码检测）,误码仪,（计数器）,光纤,连接器,光功率计,光接受机测试原理图,测试方法,为：,误码仪的发送部分送出2,23,一1或2,15,-1伪随机码，同时监视误码。,增加光衰减器的衰减量，直到误码仪指示的误码率为某一要求值(如10,10,)，此时利用光功率计测量接收的光信号即为最小光功率Pmin，即光接收机的灵敏度。,灵敏度的表示方法一般采用dBm表示：,注意,两个问题：,因为灵敏度的测量是在连接器前测量的(包含有一个活接头)，因此，实际灵敏度应减去该连接器的损耗 (或加以说明)。,为了便于调整接收光功率，在测试中用光衰减器代替了长光纤，因而忽略了光纤色散对灵敏度的影响，所以，在实际使用中应根据光纤的长度和质量估算色散对灵敏度的影响或直接用长光纤来测量。,另外，对于微弱的光输出功率，应使用带斩光器的光检测器和光功率计进行测量。,动态范围,的测试,在保证一定的误码率下所允许的最大和最小输入光功率之比。它表示了光接收机对输入信号变化时的适应能力。,测试框图如上图所示，测试方法与测量灵敏度的方法基本相同，只是最后增加测量一项最大输入光功率，其方法是逐渐减小光衰减器的衰减量。直至误码仪指示误码率为某一要求值(如:10,-10,)，此时的接收光功率即为最大输入光功率Pmax。,动态范围的表示方法为:,测试例子： 若,则：,98,三光中继器的测试,无人维护的光中继器不需要编/解码，线路码型和传输速率不变，所以，没有电接口和相关要求，但它是由光发射机和光接收机两大部分组成，故可参照上述方法进行测试。,有人维护的光中继器，常常是兼有监控转换等功能有人站设备，和光端机差不多，可参照上述方法进行测试。,四、监测告警辅助功能测试,为便于以后的维护和使用，光端机应检测下列故障情况，并发出声、光告警指示。,(1)电源故障。,(2)输入无数字复用信号。,(3)输出无数字复用信号。,(4)发送无光信号。,(5)接收无光信号。,(6)失步。,(7)对2.048Mb/S 和8.448Mb/S 系统的光端机接收的误码率劣于10,-5,，对34.368Mb/S以上更高速率的系统光端机接收的误码率劣于10,-6,。,(8)接收误码率劣于10,-3,。,(9)主备用系统自动倒换。,(10)光源(尤其是LD)性能恶化。,(11)系统任一中继器发生故障。,以上第 (7)和第 (9)两项故障屈于延迟维护告警，通常采用黄灯提醒维护人员注意加强维护、检测，不必响警铃，其余故障为即时维护告警。立即发出警铃和红灯等可闻、可视信号，在很多情况下，系统同时进行主备用系统倒换。,下面是某三次群光端机的监测告警辅助功能的检查实例 (表6-3-1)。,表6-3-1,五、光端机重要点的波形测试,在光端机中有一些重要点的波形能反映出光端机的性能质量。如，发送光脉冲、接收光脉冲、时钟、输入、出口波形等，下面仅以输出口波形为例说明测试方法。,由于光端机输出的波形要通过,输,出电缆送到PCM 电端机上，因此，对输出口波形有严格要求，其测试框图见下图。,码型发生器,光发射机,光接受机,可变光,衰减器,示波器,光端机,光端机输出口波形测试原理图,75欧姆,测试方法:,(1)如下图码型发生器送出2,23,-1或2,15,-1伪随机码,对端环回,本端输出的HDB,3,(四次群为CMI)码用75 电阻阻匹配。,(2)用示波器观察输出口波形，仔细检查各项参数是否符合标准样板的要求。标准样板CCITT已规定，下图为8.44Mb/s系统的输出接口样板图。,6-3-4,以上为单独端机测量，可适用于端机出厂检查、设备验收等情况，若在实际中测量可利用对端环回，本端测量的方法。,63.2 光端机的工程验收,光端机的验收要经过以下四个阶段：,一、初步验收阶段,在初步验收之前，首先要对光端机 (发和收)的特性与功能进行测试，只有当各项指标已达到要求并且各种技术资料和图纸基本齐全的情况下，方可提交验收。一般光端机的初步验收需要几天的时间，主要是测试光端机的主要指标参数，其标准是否达到所规定的数值，否则，初步验收不能通过。如，光发射端机的发送功率，光接收端机的灵敏度与动态范围，抖动特性，重点接口波形，告警功能等。,二、试运行阶段,当光端机的初步验收合格后，即可进入试运行阶段，其主要内容是对光端机的稳定性进行考察，时间需要半年左右。稳定性主要是指发送功率是否变化(I,th,是否在变)，灵敏D度是否降低，各种故障是否出现等，要求工作人员就光端机发生的故障、故障处理和修复的统计，严格认真地做好记录。在试运行阶段，可将含有光端机的系统引入通信网中试用，经受实际考验和倾听广大用户的反应。,三、最终验收阶段,经过试运行阶段，光端机的稳定性验收合格，用户的反映良好，即可进入最终验收阶段，否则，必须延长试运行期。这一阶段一般要求23天，主要是根据试运行情况，对光端机进行抽测和重点测试项目的复核。如果合格，即可办理移交手续，由建设单位正式将系统转换交给使用单位，这时光端机随系统一起将正式引入通信网中使用。若从日后维护角度出发，此时一切维护所需的图纸、技术资料均应齐备，以后维护所需要的零配件、备用电路板、盘、测试仪表、用具等均已落实,。,四、保修期运行阶段,当光端机随系统正式引入通信网中开始实用以后，即可进入保修期运行阶段，一般需要年左右。光端机要继续长期地进行各种数据的监测，自动记录打印数据，进行故障记录和处理，并认真做好统计分析。所以，这一阶段的中心任务是对光端机的稳定性进行继续验证，如果符合原订指标，才算通过。,只有当上述的四个阶段圆满结束，光端机的工程验收才算完全通过，并承认所设计、建造的设备是合格的。,63.3 光端机的日常维护与故障处理,光端机经工程验收合格后，便可正式交付使用，以后的工作便是日常维护与故障处理，这项工作非常重要，它关系到系统能否长期运行，对于缩短故障历时，延长设备寿命，保持各项指标在规定的范围内都有着重要意义。通过定期的测试与检查还可以及早地发现设备的隐患，以便消除。,一、光端机 (光中继器)的维护,光端机包括光中继器的维护主要是定期进行指标测试和功能检查。指标测试的接口是与数字端机相连接的标准数字接口，以及和光缆线路相连接的光接，日常维护定期测试的项目有发送光功率、接收光功率、误码率、LD偏流、告警功能检查、机架电源测试，接收机灵敏度和动态范围测试等。具体测试方法详见6.3.1节。光端机(包括光中继器)的维护测试周期可与光缆的维护周期统一考虑，以简化维护工作，下表可供参考。,要特别说明的是，该表仅仅是建议，对于有自动监控系统的设备，不要在正常工作时随意去动，或进行一些不必要的测试，要充分利用自动监控，不能经常中断系统，总之，我们所希望的是不中断业务的自动测试与维护。,表6-3-1,带有显示屏幕与打印记录的微机自动监控系统应每天检查操作一次，光通信系统发生故障时要先用微机自动监控操作系统检查判断故障。,对于无人值守的光中继器，还应定时检查其密闭程度。,在维护工作中，要求值班人员填写值班日记，对出现的任何异常情况均应填写，并在交接班时交待清楚，以便跟踪故障，及时检修，特别是对于一些延时告警信号，虽不至于马上导致中断通信，但隐患不除，后患不穷，所以要精确找出告警原因，及时,排除，以免造成更大的损失。,在工作环境方面，为使设备正常工作，保证寿命，应尽可能地在机房内安装空调，以保证机房温度在25左右，湿度不超过85,%,，同时机房内应做到清洁、无尘，进出人员应换衣、换鞋，避免带入尘土。,二、光端机故障查询及处理方法,如果光端机发生故障，造成通信中断，机房值班人员应立即查找故障段落，确定出故障属性。,