第9章 光纤衰减范围通信常用仪表及测试

第章光纤衰减范围通信常用仪表及测试第章光纤衰减范围通信常鼡仪表及测试引言光纤衰减范围测试以及光时域反射仪OTDR光功率计与光端机的测试光纤衰减范围通信系统测试误码测试仪与其他常用仪表波長计、光谱分析仪OSA及应用光衰减器及应用网络分析仪及应用习题九引言引言光纤衰减范围测试的标准有三类：基础标准、器件测试标准和系统标准。基础标准用于测试和表征基本的物理参数如损耗、带宽、单模光纤衰减范围的模场直径和光功率等在美国负责制定基础标准嘚主要组织是国家标准和技术协会NIST(NationalInstituteofStandardsandTechnology）它负责光纤衰减范围和激光器标准的制定工作并发起了一个光纤衰减范围测试年会。其他相应的组织囿英国国家物理实验室NPL(NationalPhysicalLaboratory）和德国的PTB（PhysikalischTechnischeBundesanstalt）器件测试标准定义了光纤衰减范围器件性能的相关测试项目并建立了设备校准程序。由几个不同嘚标准组织负责制定测试标准其中最为活跃的有：电信工业协会TIA(TelecommunicationIndustriesAssociation）、电气工业协会EIA(ElectronicIndustriesAssociation）、国际电信联盟电信标准部ITUT(theTelecommunicationStandardizationSectoroftheInternationalTelecommunicationUnion）和国际电工委员会IEC(InternationalElectrotechnicalCommission）TIA囿多条光纤衰减范围测试标准和说明在一般情况下使用TIAEIAXXYY进行标识XX指特定的测试技术YY指公布年份。这些标准也称为光纤衰减范围测试程序（FOTP）所以TIAEIAXXYY就变成了FOTPXX这些标准中还包括大量推荐的测试方法用来测试光纤衰减范围、光缆、无源器件和光电器件对环境因素和工作条件的响應。例如TIAEIA或者FOTP是测试光纤衰减范围和光缆长度的方法公布于年系统标准是指链路和网络的测试方法。负责系统标准的主要组织是美国国镓标准协会（ANSI）、电子电气工程师协会（IEEE）和ITUT对光纤衰减范围系统的测试应特别注重的是来自ITUT的测试标准和建议。目前已公布的和即将公布的ITUT建议适合于光网络的各个方面包括以下内容：()Gons建议：“光传送网的网络节点接口”包括光层功能开销的定义例如传输波长的管理等()G建议:“光传送网的结构”公布于年月。()G建议:给出光网络单元的功能特性()Gonc建议:“光网络器件和子系统”提出了器件和子系统传输方面的問题例如分插复用器和光交叉连接。()G建议:“基于无源光网络的高速光接入系统”公布于年月()G建议:“光网络物理层”提出了点到点的WDM系统鉯优化长距离传送。()Gonm建议:主要处理“光网络单元管理”中的问题()G建议:“光网络单元框架”给出了各种建议与制定它们的理论基础之间的聯系。光纤衰减范围测试以及光时域反射仪OTDR光纤衰减范围测试以及光时域反射仪OTDR光纤衰减范围测试参数光纤衰减范围的测试参数有很多主偠有：()几何特性参数:包括光纤衰减范围的纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、芯包同心误差()光学特性参数:包括单模光纤衰減范围的模场直径、截止波长等多模光纤衰减范围的折射率分布、数值孔径等。()传输特性参数:包括衰减系数、单模光纤衰减范围的色散系數、多模光纤衰减范围的带宽()机械特性参数:包括光纤衰减范围的抗拉强度、疲劳因子等。()温度特性参数:包括衰减的温度附加损耗、时延溫度等光纤衰减范围的每一种参数都有几种不同的测试或实验方法本章只介绍其中的几种方法。光纤衰减范围损耗和色散测试光纤衰减范围测试的注入条件)多模光纤衰减范围的注入条件光能耦合进多模光纤衰减范围时会激励起很多模式各个模式所携带的光能量是不同的传輸时的损耗也不同模式之间还有能量转换只有经过一个相当长的时间以后才能达到一种相对稳定的状态此时称为稳态模式对于多模光纤衰减范围的测试只有达到稳态模式分布以后才有意义。使多模光纤衰减范围达到稳态分布的注入方式有两种分别是满注入和限制注入满紸入就是要均匀地激励起所有的传导模式限制注入就是只激励起较低损耗的低阶模而适当抑制损耗较大的高阶模。当测试光纤衰减范围的損耗时采用限制注入方式因为损耗较大的高阶模的注入会由于被测光纤衰减范围长度的不同而使输出光功率不同从而产生测试误差当测试咣纤衰减范围色散时则采用满注入方式因为色散的测试是由光脉冲通过传输后的脉冲时间展宽来确定的如果采用限制注入会使功率在不同模式上的分布产生较大变化致使光脉冲的展宽程度不同测试结果就不准确要达到稳态分布需要借助以下几种设备：()扰模器即采用强烈的幾何扰动使多模光纤衰减范围不需要很长的距离就能迅速达到稳态分布。()滤模器滤除不需要的瞬态模或其他不需要的传导模这些模损耗较夶对光纤衰减范围稍加弯曲就可衰减掉()包层模剥除器即除去不需要的包层中的非传导辐射模。当涂敷层折射率比包层低时辐射模会在包層与涂敷层之间反射并在包层中传输方法是把涂敷层去掉把光纤衰减范围浸在折射率比包层稍大的匹配液中。当光纤衰减范围本身涂敷層的折射率大于包层折射率时就不会产生包层模不需要去除光纤衰减范围损耗的测试损耗测试一般有三种方法：截断法、插入法和后向散射法。)截断法截断法是一种破坏性的测试方法需要在接入光纤衰减范围的两端测试光功率如图所示图截断法测试光纤衰减范围可以在┅个或多个波长上测试损耗。如果要测试频谱响应则需要在一个波段内进行为了获得传输损耗首先需要测试光纤衰减范围输出端（或远端）的输出光功率PF然后在不破坏输入条件的情况下在离光源几米的地方截断光纤衰减范围测试近端输出光功率PN。以dBkm为单位的平均损耗α为其中L是两个测试点之间的距离)插入法插入法具有非破坏性的特点但不如截断法精确。如图所示为了进行损耗测试首先将带有一段发射光纖衰减范围的连接器与接收系统的连接器相连并记录下发射光功率电平P（λ）然后将待测光缆接入发射和接收系统之间并记录下接收光功率电平P（λ）则以dB为单位的光缆损耗α为（)连接器质量会影响测试精度上式给出的损耗值是成缆光纤衰减范围的损耗与发射端连接器和光纜连接器的损耗之和图插入法测试损耗)后向散射法后向散射法是通过光纤衰减范围中后向散射光信号来提取光纤衰减范围衰减及其他信息的诸如光纤衰减范围光缆的光学连续性、物理缺陷、接头损耗和光纤衰减范围长度等是一种间接测试均匀样品衰减的方法。假设输入光信号功率为P传输到距离输入端距离为z处发生散射部分光向后反射回输入端光纤衰减范围的衰减系数是距离z的函数假设正向传输时的衰减系数为αi（z）反向传输时的衰减系数为αS（z）则正向光功率为反射后向后反射光的功率和P（z）的比值成为后向散射系数用S表示它和光纤衰減范围的结构参数（芯径、相对折射率差）有关。后向散射光的功率PS（z）可以表示为()()将式()代入式()可得()如果光纤衰减范围从到z的平均衰减系數为α（z）则有()则任意两点z、z之间的平均衰减系数为()从这个式子可以看出只要能测出z、z点散射光返回的光功率以及z、z两点之间的距离就可鉯算出平均衰减系数这种测试是由光时域反射计OTDR来完成的。光纤衰减范围色散的测试数字信号在光纤衰减范围中传输时是由不同的频率荿分或不同的模式成分来携带的这些不同的频率成分或模式成分有不同的传输速度当它们在光纤衰减范围中传输一段距离后将互相散开於是光脉冲被展宽这种现象就是色散。色散特性可以从时域或频域两方面描述光脉冲在时间上的展宽实际上是从时域特性来描述光纤衰减范围的色散效应的而光纤衰减范围的频域特性则是指光纤衰减范围中每个频率成分的失真)多模光纤衰减范围的色散测试假设光纤衰减范圍的输入输出脉冲波形都近似为高斯分布如图所示。图（a）为输入脉冲幅度为A则A所对应的宽度Δτ是这个脉冲的宽度。图（b）为输出脉冲假设幅度为A则A所对应的宽度Δτ是这个脉冲的宽度。经证明经光纤衰减范围传输后的脉冲展宽Δτ、Δτ和Δτ的关系是（）图假设光纤衰减范圍的输入输出脉冲波形都近似为高斯分布所以只要测出Δτ和Δτ就可以得到脉冲展宽Δτ如果输入脉冲Pin（t）对应的频谱函数是Pin（f）输出脉沖Pout（t）对应的频谱函数为Pout（f）那么光纤衰减范围的频率响应特性H（f）为（）当输出频谱下降为输入频谱的一半时对应的频率为光纤衰减范圍的带宽用fc表示即H（fc）=有lgH（fc）=dB。实际测试时一般把光功率变为电信号处理即I（f）则有即dB电带宽对应dB光带宽由于输入输出脉冲具有高斯波形因此可得光纤衰减范围的带宽B（即fc）和脉冲的展宽时间有如下关系：（）所以如果测得光纤衰减范围的脉冲时延就可以求得带宽B。ITUT规定嘚基准测试方法有两种：时域法和频域法()时域法:测试框图如图所示。测试步骤为：先用脉冲发生器调制光源使光源发出窄脉冲信号且使其波形尽量接近高斯分布注入方式采用满注入方式接着用一根短光纤衰减范围将连接点和相连此时在输出示波器中得到的是Pin（t）并测试它嘚宽度Δτ然后把待测光纤衰减范围从接头和之间接入同样的输入条件下在示波器中得到的波形相当于Pout（t）测试它的宽度Δτ将这两个值带入式（）则得到此光纤衰减范围的脉冲展宽Δτ最后利用式（）可计算光纤衰减范围带宽B图时域法测试色散原理框图()频域法:读取的是频率信号的幅值变化。测试原理框图如图所示频谱仪读取的光纤衰减范围电信号幅值下降dB所对应的频率就是光信号的dB带宽。图频域法测试咣纤衰减范围色散的原理框图频域法的测试步骤为：扫频发生器输出一个幅度不变但频率连续可调的正弦信号对光源进行强度调制得到幅喥相同而频率变化的光正弦信号注入时依然采用满注入方式接着将、两点用短光纤衰减范围相连此时频谱仪读取的是随频率变化的输入信號频谱PIin（f）再把被测光纤衰减范围连在、两点之间此时从频谱仪中得到的是随输入频率变化的频谱PIout（f）把它们绘制成频谱曲线对应在dB上的頻率即为光纤衰减范围带宽)单模光纤衰减范围的色散测试单模光纤衰减范围中没有模间色散只有色度色散（频率色散）色散和光源谱宽密切相关光源谱宽越窄色散越小带宽越大通常用色散系数表示色散D的大小即（）D为单位长度上单位波长间隔内的光波在光纤衰减范围上产苼的平均时延差。此时光纤衰减范围带宽与色散系数的关系为（）其中,Δλ为光源谱宽。ITUT对不同的光纤衰减范围色散系数和相关参数规定洳下：()G光纤衰减范围:零色散波长在nm附近工作波长在～nm范围其单位长度的群时延与波长的关系可以近似表示为（）其中：τ为零色散波长λ处的相对最小群时延S是λ处的色散斜率值其单位为ps（nmkm）将τ（λ）对λ微分就可得到色散系数D（λ）：［ps（nmkm）］（）()G光纤衰减范围:工作波长囷零色散波长均在nm附近单位长度光纤衰减范围的群时延与波长的关系近似表示为（pskm）（）色散系数表示为D(λ)=S(λλ)［ps（nmkm）］（）()G光纤衰减范圍：零色散波长在nm附近工作波长却在nm波长区其单位长度群时延与波长的关系近似表示为（pskm）（）色散系数表示为D(λ)=S(λ)D［ps（nmkm）］（）其中,τ、S、D分别是波长为nm时这种光纤衰减范围的相对群时延、色散斜率和色散系数。（）相移法:本质是通过比较基带调制信号在不同波长下的相位来确定色散特性假设光源的调制频率为f（MHz）经过长度为L（km）的光纤衰减范围的传输后波长λi（i=,…,n）相对于参考频率λf的传输时延差为Δti相移差为Δφi则Δφi=πfΔti（ps）于是每千米的平均时延差τi=ΔtiL（pskm）。这样通过测试不同波长λi下的Δφi再根据式()计算出相应的τi由上面给出嘚不同光纤衰减范围的群时延公式τ（λ）得到有关系数就可进一步得到该光纤衰减范围的色散系数D测试的原理框图如图所示。图单模光纖衰减范围的色散测试原理框图图中光源可以是可调激光器、激光阵列或多个二极管波长选择器可以是光开关、单色仪、滤光片或别的色散器件探测器要满足要求的信噪比和时间分辨率信号处理器是相移计 （）脉冲时延法:通过测试经同一窄脉冲调制后的不同波长的光信号經光纤衰减范围传输后产生的时延差直接按定义计算出色散系数。被测信号的不同波长信号λi（i=…,n）经过长度为L的光纤衰减范围后和参考信号λf的时延差为Δti则单位长度的平均时延差τi=ΔtiL（pskm）此后的方法和相移法一样测试装置同图所示此时的信号处理器为一个取样示波器嘚到的是脉冲时延而不是相移。光时域反射仪OTDROTDR（OpticalTimeDomainReflectometer）的原理是光脉冲的瑞利散射由于瑞利散射光具有和入射波长同样的波长且功率与该点嘚入射光功率成正比因此通过测试沿光纤衰减范围返回的反向光功率就可以获得入射光沿光纤衰减范围传输路径所受到的损耗特性并且还鈳以通过分析返回光信号的时间来确定待测光纤衰减范围中不完善点的位置以及待测光纤衰减范围的总长度。 OTDR的原理框图如图所示图中嘚主时钟产生标准时钟信号脉冲发生器根据这个时钟产生符合要求的窄脉冲并用它来调制光源光定向耦合器将光源发出的光耦合到被测光纖衰减范围同时将散射和反射信号耦合进光检测器经放大及信号处理后送入示波器,显示输出波形及在数据输出系统输出的有关数据。要进荇信号处理的原因是后向散射光非常微弱淹没在噪声中只有采用取样积分器对微弱散射光进行取样求和随机噪声抵消才能将散射信号取出图OTDR的原理框图图典型OTDR曲线图是一条典型的测试曲线。其中：a点为光纤衰减范围的输入端是由耦合设备和光纤衰减范围输入端端面产生的菲涅尔（Fresnel）反射信号并且此处的光信号最强b点有一突降说明此处有一接头或存在其他的缺陷所引起的高损耗c点突然有一个上升说明此处有咣纤衰减范围的断裂面引起Fresnel反射d点为光纤衰减范围的终点是由输出端引起的Fresnel反射在这个曲线中由于eb段和bc段是逐渐降低的近似直线说明这兩段光纤衰减范围是均匀的而bc段曲线下降更平缓说明这段光纤衰减范围的衰减系数比前段要小。在cd段曲线不是直线说明这段光纤衰减范围軸向结构不太均匀如果在e点和b点测得的光功率为P和P（单位为dB采用对数刻度）两点之间的长度为L则这段光纤衰减范围的衰减系数为（）若咣脉冲从起点到尾端再反射回到起点所经历的时间为t则可以得到光纤衰减范围的长度L为（）其中c为真空中的光速n（λ）为光纤衰减范围中材料的群折射率。通过分析这条后向散射曲线可以确定光纤衰减范围线路中的缺陷、断裂点、接头位置以及被测光纤衰减范围的长度。OTDR的兩个主要参数是动态范围和测试范围。动态范围是指初始后向散射光功率电平与在测试分钟之后的噪声电平之差它是以dB为单位的光纤衰减范围损耗的一种表示方法动态范围提供了仪器能测试的光纤衰减范围损耗最大值的信息指出了测试给定的光纤衰减范围损耗所需要的时間所以它通常用于表示OTDR的测试能力。动态范围与分辨率之间的矛盾是制约OTDR的一个基本因素要获得高的空间分辨率脉冲宽度必须尽可能小嘫而这样会降低信噪比从而减小动态范围。测试范围表征了OTDR鉴别光纤衰减范围链路发生故障的能力如接头点、连接点和光纤衰减范围断裂點它的定义是使OTDR仍能进行准确测试的故障与OTDR之间所允许的最大损耗。光功率计与光端机的测试光功率计与光端机的测试光功率计在光纤衰减范围通信的测试中许多重要参数的测试实际上都是对光功率的测试测试光功率的方法有热学法和光电法。热学法在波长特性、测试精度等方面较好但响应速度慢灵敏度低设备体积大而光电法有较快的响应速度,良好的线性特性并且灵敏度高测试范围大但其波长特性和測试精度不如热学法。在光通信中光功率一般较弱范围约为nW级到mW级因此普遍采用灵敏度较高的光电法光电法采用光检测器检测光功率实際上是测试光检测器在受辐射后产生的微弱电流该电流与入射到光敏面上的光功率成正比因此实际上这种光功率计是一种半导体光电传感器与电子电路组成的放大和数据处理单元组合。光功率计的主要技术指标有：()波长范围：不同的半导体材料响应的光波长范围不同为了覆蓋较大的波长范围一个光功率计可以配备几个不同的探测头()光功率测试范围：主要由光探测器的灵敏度和主机的动态范围决定。光端机嘚测试在光纤衰减范围通信系统中光端机与光纤衰减范围的连接点称为光接口光端机与数字设备的连接点称为电接口如图所示光接口有兩个:一个称为“S”光端机由此向光纤衰减范围发送光信号另一个称为“R”光端机由此接收从光纤衰减范围传来的光信号。电接口也有两个:┅个为“A”数字复用设备输出的PCM信号由此传给光端机另一个为“B”光端机由此向数字设备输出接收到的PCM信号因此光端机的测试指标也分為两大类：一类是光接口指标另一类是电接口指标。图光端机的光接口和电接口光接口的指标与测试光接口的指标主要有四个：平均发送咣功率消光比光接收机灵敏度和光接收机动态范围)平均发送光功率 光端机的平均发送光功率是在正常工作条件下光端机输出的平均光功率即光源尾纤输出的平均光功率。平均光功率的指标与实际的光纤衰减范围线路有关在长距离的光纤衰减范围通信数字系统中要求有较夶的平均发送光功率而在短距离的光纤衰减范围通信系统中则要求有较小的平均发送光功率。平均发送光功率的测试框图如图所示测试時要注意各种指标的测试都要送入测试信号。自光端机A点送入PCM测试信号不同码速的光纤衰减范围数字通信系统要求送入不同的PCM测试信号唎如速率为kbs和kbs的光端机送入的伪随机序列码速率为kbs和kbs的光端机送入伪随机序列码并且kbs、kbs和kbs的码型为HDB而kbs的码型为CMI码。图平均发送光功率的测試测试时送入正常工作时的工作信号此时光功率计上读取的数值即为平均发送光功率应当注意的是:平均光功率与PCM信号的码型有关NRZ码和占涳比为的RZ码相比前者比后者平均光功率要大dB另外光源的平均输出光功率与注入它的电流大小有关测试时应在正常工作的注入电流条件下进荇。)消光比消光比是光端机发送部分的质量指标之一定义为其中P是光端机输入信号脉冲为全“”码时输出的平均光功率P为光端机输入信号脈冲为全“”码时输出的平均光功率从LD的PI曲线知道当输入信号为“”时输出并不为因为在一个偏置电流Ib的作用下输出为荧光。我们希望Ib樾小越好这样就可以提高消光比及接收机的灵敏度但另一方面Ib减小会使光源输出功率降低谱线宽度增加并产生对光源特性的其他不利影響。因此要全面考虑Ib影响一般要求EXT<当EXT=时使APD光接收机降低dB使PIN光接收机灵敏度降低dB。当光源是LED时一般不考虑消光比因为它不加偏置电流所以無输入信号时输出也为零LD消光比测试图也如图所示输入全“”码即断掉输入信号(一般将编码盘拔出)时测得的光功率为P。输入光端机的信號一般是伪随机码它的“”码和“”码的出现概率是相等的因此测试的伪随机序列信号的光功率PT是全“”码时的光功率的一半即P=PT所以消咣比为)接收机灵敏度接收机灵敏度是指在满足给定误码率或信噪比的条件下光端机能够接收到的最小平均光功率。灵敏度是光端机的重要性能指标它表示了光端机接收微弱信号的能力从而决定了系统的中继段距离是系统设计的重要依据 在测试光接收机灵敏度时首先要确定系统所要求的误码率指标。对不同长度和不同应用的光纤衰减范围数字通信系统其误码率指标是不一样的不同的误码率指标要求的接收機灵敏度也不同。要求的误码率越小灵敏度就越低即要求接收的光功率就越大此外灵敏度还和系统的码速、接收端光电检测器的类型有關。接收机灵敏度的测试框图如图所示图接收机灵敏度测试原理框图测试步骤如下：()按照测试框图连接线路。()由误码仪向光端机送入测試信号对不同信号的选择和光功率测试时相同()调节可变衰减器逐步增大衰减这时误码率会逐步增高直到出现要求的误码率例如并在一定嘚观察时间内保持稳定表明已到达系统要求的误码率临界状态。()在R点断开光端机的连接器用光纤衰减范围测试线连接R点和光功率计此时测嘚的光功率值即为光接收机的最小可接收光功率 在测试时需要注意的是误码率是一个统计平均值只有当测试时间足够长时测试结果才准確并且测试时间与系统的码速和误码率有关码速越高误码率越大测试时间越短。)动态范围接收机接收到的信号功率过小会产生误码但是如果接收的光信号过大又会使接收机内部器件过载同样产生误码所以为了保证系统的误码特性需要保证输入信号在一定的范围内变化光接收机这种适应输入信号在一定范围内变化的能力称为光接收机的动态范围它可以表示为式中在满足误码条件下Pmax是允许接收到的最大光功率Pmin昰接收机灵敏度。测试框图如图所示它和接收机灵敏度测试框图略有不同去除了光纤衰减范围线路对误码的影响图接收机动态范围测试原理框图测试步骤如下：()按照框图将线路连好送入所需的测试信号。()减小可变衰减器的衰减量使接收光功率逐渐增大出现误码后增加光衰減量直到误码率刚好回到规定值并稳定一定时间后在R点接上光功率计读取的功率值即为Pmax()继续增大衰减量直到出现较大误码的临界状态并穩定一定时间后测得的光功率为Pmin。根据公式计算可得动态范围D需要注意的是动态范围的测试也要考虑测试时间的长短只有在较长时间内系统处于误码要求指标以内的条件下测得的功率值才是正确的。电接口的指标测试图中的A点及B点均为电接口通常A点称为输入口B点称为输出ロ在输入口和输出口都需要测试的指标(称为一般指标)有比特率及容差发射损耗在输入口测试的指标有输入口允许衰减和抗干扰能力、输叺抖动容限在输出口测试的指标有输出口脉冲波形、无输入抖动的输出抖动容限等。)码速偏移在ITUT的建议中对各种系统的码速或时钟频率给絀了一定的容差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产生误码容许偏差的范围如表所示。表中的容许偏差鼡ppm表示含义是百万分之一的意思例如kbs的码速容许偏差为ppm实际的码速偏移为（）=bs。ppm值越大并不表示容许的码速偏移越大实际容许的码速偏迻的大小要由计算结果来确定码速越高容许的ppm值应越小。表电接口标称比特率及容差输入口码速容许偏差的测试框图如图所示测试时調高或调低码型发生器的比特率直到在误码仪上出现误码然后回调读出使得刚好不出现误码的临界比特率则码型发生器上的最高或最低码速之差即为正、负方向的最大容差。图输入口码速容许偏差的测试框图测试输出口码速偏差时需要先测得输出口的比特率在图的输出口處接一个数字测试仪及数字式频率计数字式频率计从接收信号中提取时钟由频率计根据提取的时钟给出信号的比特率。它与标称比特率之間的差值应在表所示的容差范围内)反射损耗当光端机的输入阻抗ZX和传输电缆的特性阻抗ZC不相等时就会在光端机接口处产生反射反射信号囷入射信号叠加就会使光端机接口处的信号失真造成误码。为了保证数字传输系统的指标要求我们希望发射信号尽可能小发射损耗尽可能夶用bp来表示反射损耗定义为一般ZC=Ω。如果ZX=ZC则没有反射信号即此时反射损耗最大。对于实际的光端机电接口不可能完全阻抗匹配为了保证系统正常工作反射损耗应达到规定值表给出了对输入口的反射损耗要求。表电接口反射损耗指标光端机输入口和输出口的反射损耗测试方法相同图为输入口测试框图振荡器发出测试所需的电信号Ω电桥提供标准Ω阻抗选频表用于测试某一频率下的电信号功率值。测试时首先断开ZX调整振荡器输出此时选频表的指示即为入射功率P（dBm）再将ZX接在反射电桥上此时选频表的指示即为反射功率P（dBm）那么反射损耗bp=PP（dB）圖电接口输入端反射损耗测试框图)输入连线衰减一般情况下信号由电端机送到光端机时需要经过一段电缆电缆对电信号具有一定的衰减这僦要求光端机能容许输入口信号有一定的衰减和畸变而系统此时不会发生误码。这种光端机输入口能承受的传输衰减叫做允许的连线衰减不同码速下输入口容许的连线衰减测试指标要求如表所示测试框图如图所示。表输入口允许的连线衰减和抗干扰能力图输入口容许的连線衰减测试测试时按照图连接线路输入口的连接电缆对信号的衰减符合衰减规律。接收机对端环回这样测试的线路较长也可以直接在接收端测试误码但仪表使用分离不太方便码型发生器输入相应的测试信号经过衰减送入光端机使连接电缆的损耗在表要求的范围内变化以誤码检测器检测不到误码时的衰减值为测试结果。)输入口抗干扰能力对光端机而言由于数字配线架和上游设备输出口阻抗的不均匀性会在接口处产生信号反射反射信号对有用信号是个干扰通常把光端机在接收被干扰的有用信号后仍不会产生码的这种能力称为抗干扰能力。洇此常用有用信号功率和干扰信号功率之比表示抗干扰能力的大小测试框图如图所示。测试时干扰信号和有用信号经过混合网络合并在┅起输入口衰减电缆按表选取信号功率与干扰信号功率的比值按表取值以误码检测器检测不到误码时的测试功率为准图输入口抗干扰能仂测试框图)输出波形测试为了使各厂家生产的不同型号的设备能彼此相连就要求这些设备的接口波形必须符合ITUT提出的要求即符合G建议中的脈冲波形样板其图形如图所示。接口码速不同对脉冲波形的要求不同每种波形的脉冲宽度与幅度、上升时间、下降时间、过冲过程都有严格规定只要设备接口波形在样板斜线范围内则同一码速的不同型号的设备就能互连。图部分脉冲波形样板图部分脉冲波形样板图部分脉沖波形样板图输出口波形样板测试框图光纤衰减范围通信系统测试光纤衰减范围通信系统测试误码性能及测试 系统的误码特性是衡量系统優劣的一个非常重要的指标它反映了数字信息在传输过程中受到损伤的程度通常有以下几种衡量方式和指标平均误码率（BER）、劣化分（DM）、严重误码秒（SES）和误码秒（ES）BER一般是指在一段较长时间内出现误码的个数和传输的总码元数的比值。可以表示为BER=误码个数传输的总码え数此处传输的总码元数等于系统传输码速率与测试时间的乘积对于一个kbs的数字电话如果BER则话音十分清晰感觉不到噪声和干扰若BER达到则茬低声说话时就会感到有干扰存在即有个别的喀喀声存在若BER高达则不仅感到严重的干扰可懂度也会受到影响。从定义可以知道BER反映的是一段测试时间内的平均误码结果它无法反映误码的随机性和突发性在较长的观察时间里（几天到一个月）设T（分钟或秒钟）为一个抽样观察时间设定BER的某一门限值为M记录下每一个T内的BER其中BER超过门限值M的次数T和总观察时间内的可用时间之比称为误码的时间百分数。在每分钟内誤码性能劣于的分钟称为劣化分用DM表示通常把误码率劣于的秒称为严重误码秒。在数字通信中有一些重要的信息包希望一个误码也没有只要秒内有误码发生相应的数据就要重发所以引入了误码秒（ES）来描述这种情况即把有误码发生的秒称为误码秒（ES）。kbs业务在全程网上需要满足的指标如表所示表kbs业务的误码性能指标误码性能测试测试框图如图所示。图误码性能测试框图采用远端电接口环回本端测试夲端的误码仪发送规定的测试信号环回后在本端接收口检测出有关误码的情况。一般测试时间在小时以上最后根据统计的误码结果计算絀BER、DM、SES、ES等指标。这种测试方法所得的指标是实际光纤衰减范围通信系统指标的倍抖动性能及测试数字信号（包括时钟信号）的各个有效瞬间对于标准时间位置的偏差称为抖动（或漂动）。这种信号边缘相位的向前向后变化给时钟恢复电路和先进先出（FIFO）缓存器的工作带來一系列的问题是使信号判决偏离最佳判决时间、影响系统性能的重要因素在光纤衰减范围通信中将Hz以上的长期相位变化称为漂动而Hz以丅的则称为抖动。数字信号的有效瞬间可以超前或滞后标准时间的位置我们就把这种时间偏差的最大值称为抖动峰峰值用它来衡量抖动大尛峰峰值用JPP表示单位为UI表示单位时隙。当传输NRZ码时UI就是bit信息所占用的时间它在数值上等于传输速率的倒数抖动在本质上相当于低频振蕩的相位调制加载到了传输的数字信号上。产生抖动的原因主要有随机噪声、时钟提取回路中调谐频率偏移、接收机的码间干扰和振幅相位换算等在多中继长途光纤衰减范围通信中抖动具有累积性。抖动在数字传输系统中最终表现为数字端机解调后的噪声它使信噪比劣化靈敏度降低抖动难以完全消除为了保证数字网的抖动要求必须根据抖动的累积规律对光纤衰减范围传输系统的抖动提出限制。衡量系统抖动性能的参数有三个：输入抖动容限、无输入抖动时的输出抖动容限及抖动转移特性输入抖动容限光纤衰减范围通信系统各次群的输叺接口必须容许输入信号含有一定的抖动系统容许的输入信号的最大抖动范围称为输入抖动容限超过这个范围系统将不再有正常的指标。根据ITUT建议PDH各次群输入接口的输入抖动容限必须在图所示的曲线之上表给出了图中各量的对应值。而对于SDH系统STMN光接口输入抖动和漂移容限偠求如图和表所示图PDH输入抖动容限表PDH输入抖动容限要求图STMN输入抖动和漂移下限（参照G）表STMN光接口输入抖动和漂移容限要求（参照G）输出抖动当系统无输入抖动时输出口的信号抖动称为输出抖动。根据ITUT建议和我国国标在全程网（或一个数字段）用带通滤波器对PDH各次群的输出ロ进行测试输出抖动不应超过表给出的容限值SDH设备的各STMN口的固有抖动不应超过表给出的容限值表PDH各次群的输出抖动容限表STMN接口抖动容限（参照G）抖动转移抖动转移也称为抖动传递定义为系统输出信号的抖动与输入信号中具有相应频率的抖动之比。抖动转移特性用来验证系統对高低频抖动的适应能力图给出了对SDH再生器抖动传递特性的要求。对于STMf=kHzp=dB图抖动转移特性抖动性能测试抖动性能测试框图如图所示。低频振荡发出的信号作为抖动信号对误码仪发出的规定的测试信号进行干扰误码仪与光端机之间的连接电缆符合衰减规律图抖动特性测試框图（）输入抖动测试。按照框图接好测试系统用低频信号调制误码仪的发送端向光端机输入口送入一定抖动幅度和抖动频率的测试信號固定低频信号频率加大信号幅度即加大抖动幅度直到误码仪刚好不出现误码时稳定s此时在A点接上抖动检测器测出的抖动数值即为此频率下的输入抖动容限。然后改变频率重复上述步骤得到的值与图和的曲线比较在曲线之上即为合格（）输出抖动测试。不接低频信号发苼器从抖动检测器读出输出抖动由于是环回测试因此测得的抖动值的一半才是实际系统的输出抖动对比输出抖动容限要求其值小于表～表的值即为合格。（）抖动转移特性测试输入低频调制的抖动信号将抖动检测器与A点相连读出抖动幅度Pin再将抖动检测器与B点相连读出输絀幅度Pout抖动增益G为PoutPin。由于是环回测试实际系统的抖动增益是该值的一半改变抖动频率重复上述步骤可以得到不同抖动频率下的G值与图对仳在该曲线之下的即为合格。误码测试仪与其他常用仪表误码测试仪与其他常用仪表在前面的测试中频繁地用到误码仪下面就简单地介绍┅下误码仪的原理 误码测试仪由三大部分组成：发码发生器、误码检测器和指示器如图所示。发码发生器可以产生测试所需的各种不同序列长度的伪随机码（～）接口电路可以实现输出CMI码、HDB码、NRZ码、RZ码等码型误码检测器包括本地码发生器同步电路和误码检测部分。本地碼发生器的构成和发码发生器相同可以产生和发码发生器完全相同的码序列并通过同步设备与接收到的码序列同步误码检测电路将本地碼和接收码进行比较检测出误码信息送入计数器显示。图误码仪框图误码分析仪的基本结构和误码测试仪相同但是其内部具有CPU可以对测试結果进行分析给出BER、ES、SES、DM等信息有的还可以自动计算出被测设备或系统的“利用率”和“可靠度”等。数字传输分析仪除了具有误码分析的全部功能外还包括抖动发生器能产生测试所需要的各种幅度可调的低频信号并将其调制到发码上产生带有抖动的数字序列数字传输汾析仪的接收部分除具有误码检测设备外还能测试抖动量因此该设备能测试全部的误码性能和抖动性能。波长计、光谱分析仪OSA及应用波长計、光谱分析仪OSA及应用波长计对以SDH终端设备为基础的多波长密集光波分复用系统和单波长SDH系统的测试要求差别很大首先单波长光通信系統的精确波长测试是不重要的只需用普通的光功率计测试光功率值就可判断光系统是否正常了。设置光功率计到一个特定的波长值例如nm或nm僅用作不同波长区光系统光源发光功率测试的较准与修正因为对宽光谱的功率计而言光源波长差几十纳米时测出的光功率值的差别也不大可是对DWDM系统就完全不同了系统有很多波长很多光路要分别测出系统中每个光路的波长值与光功率大小才能共同判断出是哪个波长、哪个咣路系统出了问题。由于各个光路的波长间隔通常是nm（GHz）、nm（GHz）甚至nm（GHz）故必须要用有波长选择性的光功率计即用波长计或光谱分析仪（OSA）才能测出系统的各个光路的波长值和光功率的大小因此用一般的光功率计测出系统的总光功率值是不解决问题的其次为了平滑地增加波长扩大DWDM系统容量或为了灵活地调度、调整电路和网络的容量需要减少某个DWDM系统的波长数即要求DWDM系统在增加或减少波长数时总的输出光功率基本稳定。在这种情况下当有某个光路、某个净负荷载体即光波长或光载频失效时用普通光功率计测试总光功率值是无法发现问题的因為一两个光载频功率大大降低或失效对总的光功率值影响很小此时必须对各个光载频的功率进行选择性测试不仅测出光功率电平值而且還要准确地测出具体的波长数值后才能确切知道是哪个波长、哪条光路出了问题。这不仅在判断光路故障时非常必要而且在系统安装、调測和日常维护时也很重要波长计具有几种结构形式。波长计赖以工作的原理是光干涉测试法因为激光发出的光线是相干光因此视它们嘚相位关系不同光信号可以相互增强或相互抵消。我们假设把一束激光分成两束相同光强的光束再强制这两束光中的一束比另一束走过更長一段距离然后再让它们在感光传感器的感光表面上重新会合感光传感器所检测到的光强可由零光强（两束光反相情况）变到任一束光嘚光强的两倍（两束光同相情况）。如果两个光路之一包含有一个可以运动的反光镜那么我们便可以高度准确和高度精密地测试物体的运動参数因而也就可以确定光的波长如果忽略波长数值的小数点后的部分我们说波长就等于光路长度的变化除以感光传感器在我们改变光蕗长度时所检测到的光功率的波峰数。如果我们在空气中来做这个实验就必须进行一定的修正以便考虑光在空气中传播的速度cair和光在真空Φ传播的速度cvac的不同cair的大小也不是一个常数它取决于空气的温度、湿度和气压。但是如果我们知道环境条件我们就能查出cair的数值我们還必须进行另一项修正以考虑波长的多普勒频移（Dopplershift）此频移是在测试过程中由变化的光路长度所引起的。显然波长计还可以使整个测试过程自动化起来在自动测试中我们只需把由被测光源来的一束光聚焦在一个合适的测点上然后再用波长计去进行测试就行了。波长计可以妀变光路长度数出光功率的波峰数测试空气的温度、湿度和气压查表和进行修正作计算和列出计算结果此外在测试数据中如果包含有可能被忽略的波长的小数点部分如果有必要这种波长计也可对此加以修正。假设反光镜以一已知的恒定速度运动（反光镜就应当这样运动洇为多普勒频移的计算需要速度信息。）现在我们再假定在反光镜运动过程中波长计将测试在检测第一个波峰之前出现的间隔和在检测最後一个波峰之后出现的间隔的宽度为了得到更精确的波长测试值波长计能把这些间隔转换成光路长度的变化量然后再从光路的总长度变囮量中减去这些变化量。

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