光接口的傳輸指標(biāo)和測試課件

1、光接口的傳輸指標(biāo)和測試1 第第3章章 光接口的傳輸指標(biāo)和光接口的傳輸指標(biāo)和 測試測試 光接口的傳輸指標(biāo)和測試2 S點(diǎn)是緊靠著發(fā)送機(jī)（TX）的活動連接器（CTX） 后的參考點(diǎn)，R點(diǎn)是緊靠著接收機(jī)(RX)的活動 連接器(CRX)前的參考點(diǎn) 光接口主要指S點(diǎn)和R點(diǎn)的物理接口，它們分別 是發(fā)送機(jī)與光纖(光纜)線路，以及接收機(jī)與光 纖(光纜)線路之間的互連點(diǎn) 發(fā)送接收 CTX CRX SR 光 纜 設(shè) 施 光接口示意圖 光接口的傳輸指標(biāo)和測試3 3.1 發(fā)送機(jī)發(fā)送機(jī) 平均發(fā)送光功率的定義平均發(fā)送光功率的定義 消光比消光比 光譜特性光譜特性 眼圖模板眼圖模板 光接口的傳輸指標(biāo)和測試4 平均發(fā)送光功率的定義

2、平均發(fā)送光功率的定義 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試5 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) 850nm1310nm1310nm 2048LED -18 -25-30 8448 LD LED -12 -18 -9 -25 -9 -30 34368 LD LED -12 -20 -9 -25 -9 -30

3、139264 LD LED - - -9 - -9 -30 光接口的傳輸指標(biāo)和測試6 測試方法測試方法 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)符合電接口的碼型要求，即： 2.048Mbit/s、8.448Mbit/s和34.368Mbit/s三種 電接口的碼型應(yīng)為HDB3碼，139.264Mbit/s接 口的碼型應(yīng)為CMI碼。 連接器 T C 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試7 測試步驟

4、 1 按圖連接電路。 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)送端輸出活動連接器與光功率 計(jì)輸入活動連接器相連，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) 光接口的傳輸指標(biāo)和測試8 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N

5、RZ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。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試9 消光比的定義消光比的定義 光端機(jī)的電接口輸入為全“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 1 0 P EXT P 0 2 T P EXT P 光接口的傳輸指標(biāo)和測試10 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 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 消光比大就要減小偏置電流，從而使光 源輸出功率降低，譜線寬度增加等。特 別是采用DFB激光器時(shí)，偏置電流

6、大些可 減少啁啾聲線寬，而要求消光比大會使 偏置電流減小從而使啁啾聲功率代價(jià)增 加，抖動也增加，所以要全面考慮消光 比與其它指標(biāo)之間的矛盾。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試11 消光比的測試消光比的測試 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)算可得到消光比值。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試12 光譜特性的定義光譜特性的定義 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)

7、 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系 統(tǒng)性能的至關(guān)重要的參數(shù) 光接口的傳輸指標(biāo)和測試13 最大均方根寬度（） 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 22 11 2 2 0 /PdPd ll ll llllll 22 11 2 0 /PdPd ll ll llllll 光接口的傳輸指標(biāo)和測試14 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處功率電平相對峰值功率電 平跌落的分貝數(shù)大，則求得的就大 ITU-T建議G.957規(guī)

8、定跌落分貝數(shù)至少應(yīng)為20dB， 其值大小則隨比特率而異。 dBdB 0 1 -x-x 0 0 l1l1l2l2ll MLM的典型光譜特性 LED的典型光譜特性 光接口的傳輸指標(biāo)和測試15 最大-20dB寬度 單縱模激光器 光譜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 高斯形主模光譜特性 -20dB全寬=6.07 2.58倍的-3dB全寬t3 SLM的典型光譜特性 dB 0 - 20 0 l1l2l 光接口的傳輸指標(biāo)和測試16 最小邊模抑制比(SMSR) 定義為最壞反射條件時(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 I

9、TU-T建議G.957規(guī)定SLM的最小邊模抑 制比為30dB 1 2 10lg M SMSR M 光接口的傳輸指標(biāo)和測試17 光譜特性的測試光譜特性的測試 1 用光譜分析儀測出光譜，從中找出最 高功率電平并記錄下峰值波長，在分別 記錄下比峰值功率電平跌落規(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 光譜特性的測試圖 緊密測試光纖 光接口的傳輸指標(biāo)和測試18 眼圖模板 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?下降沿、過沖、下沖和振鈴現(xiàn)象。這些 都可

10、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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試19 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試20 眼圖模板的測試眼圖模板的測試 STM-1STM-4 x1/x4 0.15 /0.85 0.25/0. 75 x2/x3 0.35 /0.65 0.40/0. 60 y1/y2 0.20 /0.80 0.20/0. 80 STM-16 x3-x2 0.2 y1/y2 0.25/0.7 5 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

11、) 光接口的傳輸指標(biāo)和測試21 光通道光通道 衰減 PDH光纖通信系統(tǒng) -最大衰減 SDH光纖通信系統(tǒng) -衰減范圍 光接口的傳輸指標(biāo)和測試22 PDH-最大衰減 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衰減、光纜 間光纖接頭的損耗、活動連接器的損耗、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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試23 標(biāo)稱速 率 (kbit/s) 波長 (

12、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) 2048 850 LD LED 51 * 10 10 1310 LD LED 46 30 10 10 8448 850 LD LED 47 * 20 * 1310 LD LED * * * * 34368 850 LD LED 41 * 50 * 1310 LD LED 35 22 50 50 139264 850 LD LED 35 * 100 * 1310 LD LED 27 18 100 100 光接口的傳輸指標(biāo)和測試24 標(biāo)稱速率 (kbit/s) 波長 (nm) 光源 S-

13、R點(diǎn)間光通道要求 (BER=110-10) 最大衰減 (dB) 最大色散 (ps/nm) 2048 1310 LD 46 1550* 8448 1310 LD 40 不要求 1550* 34368 1310 LD 35 不要求 (MLM) 1550* 139264 1310 LD 28215(MLM) 155028* 413926 4 1310 LD 2492(MLM) 155024* 光接口的傳輸指標(biāo)和測試25 再生段距離L1 1 / SR fsfc P L AALM 1 / n ffi i Aan 1 1 /1 n ssi i Aan 光接口的傳輸指標(biāo)和測試26 SDH-衰減范圍 下限值：

14、主要是由發(fā)送功率變化和接收 機(jī)動態(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)送功率和最小接 收靈敏度所決定的 光接口的傳輸指標(biāo)和測試27 衰減的測試衰減的測試 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試28 衰減范圍 通過測量發(fā)送機(jī)功率變化和接收機(jī)動態(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

15、、 動態(tài)范圍的測試和接收靈敏度的測試。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試29 最大色散 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 配噪聲和啁啾噪聲所引起的，前兩者與 多縱模激光器有關(guān)，啁啾聲主要與單縱 模激光器有關(guān)。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試30 碼間干擾產(chǎn)生的等效功率代價(jià)PISI 是脈沖均方根展寬值，T是信號時(shí)隙寬 度，e是一表征相對脈沖展寬程度的參數(shù)， e越大，色散越嚴(yán)重 2 10 5 log12 ISI Pe 6 /10TB D Lel 光接口的傳輸指標(biāo)和測試31 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

16、.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，常可忽略。 22 2 10 10log1 0.51 MNP PKQe e 光接口的傳輸指標(biāo)和測試32 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)，注入信號電流的變化 （特別是前后沿）會引起載流子密度的 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。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試33 一般將1dB功率代價(jià)所對應(yīng)

17、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 6 10 d mm L B D e l 1 n SRii i DlDl 光接口的傳輸指標(biāo)和測試34 系統(tǒng)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(發(fā)送功率、 接收機(jī)靈敏度和設(shè)備連接器性能的劣化等)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

18、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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試35 光纜富余度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-R點(diǎn)間光纜線路所包含的活動連接器和其 他無源光器件的性能劣化。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試36 國家標(biāo)準(zhǔn)GB11820規(guī)定市內(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)

19、準(zhǔn)GB13167規(guī)定長途單模光纜通信 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。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試37 系統(tǒng)富余度的測試系統(tǒng)富余度的測試 傳輸特性 測試儀 TX RX REG REGRX TX 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試38 1 按照圖進(jìn)行配置連接，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

20、 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。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試39 反射 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 回來的光功率會使激光器的輸出功率發(fā)生波動， 降低了輸出信噪比，反饋回來的光波還會使激 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)會產(chǎn)生 多次反射，多次反射間會發(fā)生干涉，進(jìn)入發(fā)送 機(jī)后干涉信號間相對延時(shí)會造成激光器的相位 噪聲，并在接收機(jī)處化為強(qiáng)度噪聲，使接收靈 敏度變壞。 光接口的傳輸

21、指標(biāo)和測試40 光連續(xù)波反射計(jì)(OCWR) 光連續(xù)波反射計(jì)是利用連續(xù)波或調(diào)制穩(wěn) 定光源和一個(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 PS PR S或R點(diǎn) P13 OCWR法測試圖 1 2 3 光接口的傳輸指標(biāo)和測試41 (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P

22、0。 (2)測試S點(diǎn)回波損耗時(shí)，將S點(diǎn)的活動連 接器接到端口3，測試接收反射系數(shù)時(shí)， 將R點(diǎn)的活動連接器接到端口3。然后測 出端口2的光功率Pr。 光接口的傳輸指標(biāo)和測試42 (3)按照S點(diǎn)的回波損耗定義，即入射功 率與反射光功率之比為回波損耗RL，于 是 按照R點(diǎn)反射系數(shù)定義，即反射光功率與 入射光功率之比為反射系數(shù)R，于是： R=-RL。 1332 0 10lg () Sr PP RL PPP 光接口的傳輸指標(biāo)和測試43 光時(shí)域反射法(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

23、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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試44 (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OTDR會出現(xiàn)后向散射軌跡。 調(diào)節(jié)可變衰減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： 0 5 010 10log101 H FR 5 10 101 H RF 光接口的傳輸指標(biāo)和測試45 接收機(jī) 接收機(jī)靈敏度 動態(tài)范圍 接收機(jī)反射系數(shù) 光接口的傳輸指標(biāo)和測試46 接收機(jī)靈敏度 接收機(jī)靈敏度是指滿足給

24、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 器輸入端連接器C之前R點(diǎn)測量的最小平均接收 光功率（即接收靈敏度）值 光接口的傳輸指標(biāo)和測試47 標(biāo)稱 比特 率 kbit/s 接收靈敏度(dBm)(BER110-11) 850nm1310nm SI-APDPINPIN-FETAPD 2048-60-58-51-49-54-52 - 8448 -58-56-48-46-50-46- 34368-52-50-44-40-44-40- 139264-3

25、8-36-43-40 光接口的傳輸指標(biāo)和測試48 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) R Q Z P10lg PT 光接口的傳輸指標(biāo)和測試49 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)，首先應(yīng)明確所要 求的誤碼率指標(biāo) max 01 b Q 22 /

26、2 2 11 22 xQ Q e BERedx Q 光接口的傳輸指標(biāo)和測試50 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 輸入光脈沖占空比的影響-輸入脈沖越窄， 即占空比越小，放大器的帶寬越窄，則 對噪聲的限制作用就好，接收靈敏度也 就提高 光接口的傳輸指標(biāo)和測試51 接收機(jī)靈敏度的測試接收機(jī)靈敏度的測試 誤碼儀 光端機(jī) S R 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 光接口的傳輸指標(biāo)和測試52 測試方法： 1誤碼儀發(fā)送部分（傳輸特性測試儀的發(fā)送機(jī)） 送