光纤通信测量光接口的传输指标和测试.ppt

第3章光接口的传输指标和测试 S点是紧靠着发送机 TX 的活动连接器 CTX 后的参考点 R点是紧靠着接收机 RX 的活动连接器 CRX 前的参考点光接口主要指S点和R点的物理接口 它们分别是发送机与光纤 光缆 线路 以及接收机与光纤 光缆 线路之间的互连点 3 1发送机 平均发送光功率的定义消光比光谱特性眼图模板 平均发送光功率的定义 光端机的平均发送光功率是指给光端机电接口输入223 1或215 1的伪随机码时 光端机输出端S点测量的平均光功率 单位 绝对功率电平 dBm 当采用LD光源时 一般为 9dBm 6dBm 3dBm 当采用LED光源时 一般不小于 30dBm 测试方法 速率为2 048Mbit s和8 448Mbit s的端机 要求送215 1序列的伪随机码 对于34 368Mbit s和139 264Mbit s的光端机 要求送223 1序列的伪随机码 其码型应符合电接口的码型要求 即 2 048Mbit s 8 448Mbit s和34 368Mbit s三种电接口的码型应为HDB3码 139 264Mbit s接口的码型应为CMI码 测试步骤 1按图连接电路 2误码仪 或传输特性测试仪 发送规定比特率 码型和长度的伪随机测试信号 3用标准测试光纤软线 其长度不短于2米 将待测光端机发送端输出活动连接器与光功率计输入活动连接器相连 此时从光功率计直接读出以dBm为单位的数值LT 而有的光功率计只能读得mw PT 数 则可按下式换算成dBm 即 LT 10lg 10 3 PT 说明 平均发送光功率与光端机输出光脉冲波形有关 目前有NRZ码和50 占空比的RZ码两种波形 前者比后者的平均发送光功率大3dB 国标GB T13997 92 光端机的技术要求 中规定 单模光纤系统用NRZ码测量 多模光纤系统用RZ码测量平均发送光功率与光源的注入电流大小有关 测试应在正常注入电流条件下进行 消光比的定义 光端机的电接口输入为全 1 码和全 0 码时的平均发送光功率之比 用EXT表示P1 2PT 无输入信号时 光端机输出平均发送光功率P0 对接收机来说是一种噪声 会降低接收机灵敏度 因此希望消光比越大越好 但是 对激光器LD来讲 要使消光比大就要减小偏置电流 从而使光源输出功率降低 谱线宽度增加等 特别是采用DFB激光器时 偏置电流大些可减少啁啾声线宽 而要求消光比大会使偏置电流减小从而使啁啾声功率代价增加 抖动也增加 所以要全面考虑消光比与其它指标之间的矛盾 消光比的测试 消光比的测试原理图与平均发送光功率的测试原理图一样1误码仪 传输特性测试仪 发送规定传输比特率 码型和长度的伪随机测试信号 用光功率计测出平均发送光功率PT 2将光端机中线路编码盘拨出 测出此时全 0 码输入的平均发送光功率P0 3按定义计算可得到消光比值 光谱特性的定义 对于140Mbit s速率及更低的速率情况下 通常为损耗受限系统对于565Mbit s速率以上的系统为色散受限系统 光源的光谱特性将成为制约系统性能的至关重要的参数 最大均方根宽度 多纵模激光器和发光二极管度量其光脉冲能量的集中程度P l 是实测的光源光谱特性 l1和l2是相对峰值功率跌落规定分贝数的波长 l0是峰值波长 的大小与积分区域的选择密切相关 若积分区域大 即l1和l2处功率电平相对峰值功率电平跌落的分贝数大 则求得的 就大ITU T建议G 957规定跌落分贝数至少应为20dB 其值大小则随比特率而异 最大 20dB宽度 单纵模激光器光谱宽度是按相对主模中正波长的最大峰值功率跌落 20dB时的最大全宽来定义的高斯形主模光谱特性 20dB全宽 6 07 2 58倍的 3dB全宽t3 最小边模抑制比 SMSR 定义为最坏反射条件时 全调制条件下主纵模 M1 平均光功率与最强的边模 M2 的光功率之比的最小值ITU T建议G 957规定SLM的最小边模抑制比为30dB 光谱特性的测试 1用光谱分析仪测出光谱 从中找出最高功率电平并记录下峰值波长 在分别记录下比峰值功率电平跌落规定分贝数的短波长l1和长波长l2 2根据定义即可求得符合要求的光谱特性参数 SMSR和 20dB宽度 眼图模板 SDH系统在高比特率光通信系统中 发送光脉冲的形状不易控制 常常可能有上升沿 下降沿 过冲 下冲和振铃现象 这些都可能导致接收灵敏度的劣化 需要严加限制 捕捉到一些观察单个孤立脉冲所不易发现的现象 眼图模板的测试 光通道 衰减PDH光纤通信系统 最大衰减SDH光纤通信系统 衰减范围 PDH 最大衰减 最大允许衰减PSR指S R之间所允许的光缆链路的总衰减 其中可直接用于光纤的部分为P SRP SR PT PR 2Ac Me PSR 2Ac光缆链路的总衰减包括各段光缆的衰减 光缆间光纤接头的损耗 活动连接器的损耗 其它无源器件 例如波分复用器件 的插入损耗 设计时预留的光缆富余度以及光通道代价光缆的衰减由光缆内所含光纤以及成缆所引起的附加损耗所构成 再生段距离L1 SDH 衰减范围 下限值 主要是由发送功率变化和接收机动态范围所允许的过载点功率来决定的 上限值 主要由最小发送功率和最小接收灵敏度所决定的 衰减的测试 光通道S R点间的最大衰减测试是实际再生段光缆线路全程测试的主要内容PSR 10log10 P1 l P2 l 按照ITU T建议G 650的最新规定 衰减测试的基准方法是剪断法 第一替代法是后向散射法 第二替代法是插入损耗法 衰减范围 通过测量发送机功率变化和接收机动态范围所允许的过载点功率确定下限以及最小发送功率和最小接收灵敏度确定上限 具体步骤详见 平均发送光功率的测试 动态范围的测试和接收灵敏度的测试 最大色散 在单模光纤系统中 与光纤色散有关的系统性能损伤主要是由码间干扰 模分配噪声和啁啾噪声所引起的 前两者与多纵模激光器有关 啁啾声主要与单纵模激光器有关 码间干扰产生的等效功率代价PISIs是脉冲均方根展宽值 T是信号时隙宽度 e是一表征相对脉冲展宽程度的参数 e越大 色散越严重 模分配噪声所产生的等效功率代价PMNP为 Q为高斯分布函数的积分限值 当误码率为1 10 11时 Q为6 365 K是表示多纵模激光器模分配噪声性能的参数 K值大小与激光器的结构和传输速率有关 法布里 珀罗腔 FP 激光器的K值范围为0 4 0 7 分布反馈 DFB 激光器的边模抑制比很高 因而由模分配噪声所产生的功率代价很小 常可忽略 啁啾声 Chirp 单纵模激光器中一类特殊的损伤在直接调制时 注入信号电流的变化 特别是前后沿 会引起载流子密度的变化 进而使有源区的折射率指数发生变化 从而导致振荡波长随时间偏移 发生啁啾现象 一般将1dB功率代价所对应的光通道色散值 D L 定义为光通道的最大色散值 对应的e值分别为0 306 码间干扰 和0 115 码间干扰加模分配噪声 色散受限系统的再生段距离Ld为 S R点的总色散单模光纤的色散测试 基准方法是相移法 第一替代法干涉法 时域脉冲延时法是第二替代法 系统富余度 PDH 设备富余度Me和光缆富余度McMe是考虑了时间和环境对设备性能 发送功率 接收机灵敏度和设备连接器性能的劣化等 的影响后所需要预留的光功率余量光发送部分 1 1 5 dB 光接收机随温度和时间的变化所导致的劣化大约为2dB 光连接器在其寿命和额定插拔次数内的磨损达0 2dB左右 Me大约至少需要 3 4 dB 光缆富余度Mc dB km 1 将来光缆线路配置的小调整和修改 诸如由于维修增加的接头 光缆长度的增加 2 由于环境因素造成的光缆性能变化 例如低温所引起的光缆衰减的增加 直埋方式问题不大 寒冷地区的架空光缆影响较大 3 S R点间光缆线路所包含的活动连接器和其他无源光器件的性能劣化 国家标准GB11820规定市内单模光缆通信系统Mc取0 4dB km 但最小取3dB 最大取10dB 国家标准GB13167规定长途单模光缆通信系统Mc取 0 1 0 2 dB km 一般不超过5dB 长途通信系统Mc取 0 05 0 15 dB km比较适宜 最大不超过5dB 最小不低于3dB 市话局间中继通信系统的Mc直接取 3 5 dB 系统富余度的测试 1按照图进行配置连接 系统应正常工作 2用光功率计在每个光端机的接收端测出正常工作时的接收光功率数值R mw 或P R dBm 3接入光衰减器 进行接收灵敏度测试 详见灵敏度的测试 设测得结果为R mw 或PR dBm 4按照系统富余度M的定义可以直接得到 M 10log R R 或M P R PR 反射 反射是由光通道折射率不连续引起的影响 1 在发送机输出口由系统元器件反射回来的光功率会使激光器的输出功率发生波动 降低了输出信噪比 反馈回来的光波还会使激光器的工作波长发生偏移 2 当光通道中有两个以上反射点时会产生多次反射 多次反射间会发生干涉 进入发送机后干涉信号间相对延时会造成激光器的相位噪声 并在接收机处化为强度噪声 使接收灵敏度变坏 光连续波反射计 OCWR 光连续波反射计是利用连续波或调制稳定光源和一个高灵敏度的时间平均光功率计进行测量 适用测量S点光缆设施回波损耗 也可测量R点的接收机反射系数 1 先进行测试校准 a 将光源和光功率计直接相连测得光源的光功率Ps b 将光源接到输出端口3 使用光功率计在输入端口2测得光功率P32 c 将光源接到输入端口1 使用光功率计在输出端口3测得光功率P13 d 将一根无反射的跳线连接到输出端口3 在输入端口2测得光功率P0 2 测试S点回波损耗时 将S点的活动连接器接到端口3 测试接收反射系数时 将R点的活动连接器接到端口3 然后测出端口2的光功率Pr 3 按照S点的回波损耗定义 即入射功率与反射光功率之比为回波损耗RL 于是按照R点反射系数定义 即反射光功率与入射光功率之比为反射系数R 于是 R RL 光时域反射法 OTDR 光时域反射法利用低占空比的脉冲调制光源和一个灵敏度的时间分辨光接收机进行测量适于测量点S点和R点间的离散反射系数 或用来测量R的接收计反射系数 1 先将一已知反射系数为R0的跳线接到入射光纤的出端 于是OTDR会出现后向散射轨迹 调节可变衰减器使反射峰值恰好低于仪表本身的饱和电平 设反射脉冲的峰值高度为H0 则校准系数F为 2 将OTDR接到参考点S或R 设此时的最大反射脉冲峰值为H 则最大离散反射系数R为 接收机 接收机灵敏度动态范围接收机反射系数 接收机灵敏度 接收机灵敏度是指满足给定误码率 BER 的条件下 光端机接口R点能够接受的最小平均光功率电平值 单位是dBm 表示了光端机接收微弱光信号的能力 代表设备的质量水准当误码率不劣于1 10 11时 在光端机或光中继器输入端连接器C之前R点测量的最小平均接收光功率 即接收灵敏度 值 对于1 31mm光纤数字通信系统 都使用以FET构成最前端的互阻抗前置放大器和PIN光检测器混合集成的PIN FET组件 光端机的接收灵敏度主要由组件的特性参数所决定 dBm PR是接收接灵敏度 Q表征组件信噪比的参数 其值与误码率有关 Z是组件的噪声输出功率 P是PIN的响应度 T是光脉冲重复周期 等于传输码速fb的倒数 噪声功率Z的影响2Q参数的影响 超扰比Q与误码率BER的关系在测量接收灵敏度时 首先应明确所要求的误码率指标 响应度P的影响 表示单位入射光功率所产生的电流 响应度越大 接收灵敏度越高脉冲重复周期T的影响 T越小 PR负的越多 即接收灵敏度越高输入光脉冲占空比的影响 输入脉冲越窄 即占空比越小 放大器的带宽越窄 则对噪声的限制作用就好 接收灵敏度也就提高 接收机灵敏度的测试 测试方法 1误码仪发送部分 传输特性测试仪的发送机 送出规定比特率 码型和长度的伪随机码测试信号 2增大可变衰减器的衰减值 使系统处于误码状态 此时的误码率低于给定的误码率 在逐渐减小衰减器的衰减值 直至误码仪的误码率提高为1 10 11为止 并等待一适当长的时间 至少不短于表3 12中的数值 3维持光衰减器不变 从R点断开光端机的连接器 用标准测试光纤软线将光衰减器的输出连至光功率的输入 则光功率计的读取值为光端机接收的最小光功率或最小光功率电平值 即为接收灵敏度 1为了便于调整接收光功率 测试中用可变光衰减器代替了长光纤 这就忽略了光纤色散对接收机灵敏度的影响 在实际使用中 应根据光纤长度和质量估算色散对接收机灵敏度的影响 2当光端机的接收机灵敏度较高时 应使用带有斩光器的光功率计测量 3在测试时 一定要注意测试时间的长短 动态范围 在满足给定误码率的条件下 光端机输入连接器R能接收的最大光功率电平值与最小光功率电平值 即接收灵敏度 之差动态范围是表示了光端机对输入信号变化的适应能力 主要是通过光端机中的自动增益控制 AGC 电路控制主放大器的放大倍数变化来实现的 动态范围的测试 在接收灵敏度测试步骤3后将光衰减器接回到光端机R点 减小光衰减器的衰减量 将使误码率优于1 10 11 如果继续再减小光衰减器的衰减 最终会使误码率值再恢复到1 10 11 此时 断开光端机R点的活动连接器 用标准测试光纤软线将光衰减器输出连至光功率计输入 所测数值即为光端机的最大接收光功率P R 或光功率电平值L R D L R LR dB 接收机反射系数 接收机反射系数定义为R点处的反射光功率与入射光功率之比为减轻多次反射的影响接收机反射系数的测试测试方法可采用OCWR法和OTDR法