光纤系统测试3稿.doc

1、渤海大学毕业论文(设计)题 目 光纤通信系统的测试 完成人姓名 王 影 主修专业 计算机科学与技术(电子信息工程)所 在 系 信息科学与工程学院 入学年度 2000年 完成日期 2004年5月 指导教师 张 顺 目录任务书2摘要3Summary4引言6第一部分 概 论7一、光纤通信系统的组成7（一）光纤（光缆）8（二）电发射机11（三）光发射机 （电光变换器）11（四）光中继器12（五）光接收机 （光电变换器）12（六）备用系统和辅助系统13二、ITU-T国际电信联盟建议13第二部分 光纤系统的基本测试14一、光纤数字通信的质量指标14（一）误码特性14（二）抖动特性18（三）可靠性21二、光

2、接口指标的测试23（一）光接口指标23（二）光接口测试主要仪器23（三）光接口各项指标的测试27结束语36参考文献：37任务书姓名王影专业电子信息工程年级00级7班指导教师张顺学历大学本科论文题目：光纤通信系统的测试论文主要内容本文主要介绍数字光纤通信系统的基本测试，重点介绍光接口的指标及测试：包括测试的主要仪器的原理、使用方法，各项指标的测试原理、测试步骤和注意事项。论文的工作进度起2003年9月止2004年5月2003-9-12003-12-31 收集有关资料，整体规划2004-1-12004-3-31 理清思路，拟订论文初稿2004-4-12004-4-30 深入学习研究，交论文二稿20

3、04-5-12004-5-20 反复研究，弥补不足，交论文成稿指导教师签名 年 月 日学院院长签名 年 月 日摘要1970年，美国康宁玻璃公司研制出损耗为20dB的石英光纤，证明光纤作为通信的传输媒质是大有希望的。同年，GaAlAs异质结半导体激光器实现了室温下的连续工作，为光纤通信提供了理想的光源。从此，便开始了光纤通信迅速发展的时代。近10年来，光纤通信有了长足的发展。在人类向信息社会过渡的过程中扮演着重要的角色。正如有关权威人士所说：纵观当今电信业的主要技术，很少有像光纤和光波传输系统那样能够引发如此剧烈的变革。光纤通信的发展和广泛应用，极大地提高了信息的传输容量，使通信行业发生了翻天覆

4、地的变化。本文主要介绍数字光纤通信系统的基本测试。其中包括光纤数字通信系统的组成；光纤数字通信系统的质量指标；误码特性的性能指标和误码的产生机理及估算；抖动特性的性能指标和估算；可靠性的指标及表示。在系统测试部分，重点介绍光接口的指标及测试：包括测试的主要仪器的原理、使用方法，各项指标的测试原理、测试步骤和注意事项。关键词：光纤通信系统、光纤 、误码率、抖动特性、光功率、灵敏度。SummaryIn 1970, Peaceful glass company in the U.S.A. developed a kind of quartz optic fiber of 20dB to lose,

5、which proved that optic fiber medium is very hopeful as transmission of communication. In the same year, GaAlAs heterogeneously-formed semiconductor laser instrument realized the continuous work under the room temperature, and offered the ideal light source for fiber optic communication. From then o

6、n, the era that the fiber optic communication developed rapidly began.In the past ten years, the fiber optic communication has got considerable development. It plays an important role when the mankind carried out the transition to the information-intensive society. Just like what relevant authoritie

7、s said: Make a general survey of the main technology of the current telecommunication industry, seldom can cause so violent a change like optic fiber and transmission system of light wave. Development of fiber optic communication and extensive application, has improved the capacity of transmission o

8、f information greatly, and has made the communication trade change greatly. This text mainly introduces the basic test of the digital fiber optic communication system, including the composition of the optic fiber digital communication system, quality index of the optic fiber digital communication sy

9、stem, the performance index of one yard of characteristic and production mechanism and estimating of yard by mistake, performance index and estimating of the shaky characteristic, index and expression of dependability.In the test part of system, it mainly introduces the index and test of the mere in

10、terface. It includes main principle, operation method of test and principle, steps and precautions of index. Key words: fiber optic communication system, optic fiber, yards of rate by mistake, shake characteristic, mere power, sensitivity.引言20世纪70年代末，光纤通信开始进入实用化阶段，各种各样的光纤通信系统如雨后春笋在世界各地建立起来，逐渐成为电信传送网

11、的主要传输手段。近几年来，光纤通信中的各种新技术，新系统也日新月异地发展着，在全球信息高速公路地建设潮中扮演着重要角色。光纤通信是以光波为载波，光纤为传输媒介的通信方式，在光纤通信系统中传输地信息，如电话和数据等信号，首先在系统的发送端变为光信号，即光调制，将低频电信号调制到高频的光载波上；已调制的光载波经光纤传输到接受端，然后将光信号转变为电信号，即光检波，从解调光波中取出低频电信号。就目前而言，PCM-IM(即脉冲编码强度调制)数字光纤通信系统最为常用。第一部分 概 论一、光纤通信系统的组成最基本的光纤通信系统由数据源、光发送端、光学信道和光接收机组成。其中数据源包括所有的信号源，它们是话

12、音、图像、数据等业务经过信源编码所得到的信号；光发送机和调制器则负责将信号转变成适合于在光纤上传输的光信号，先后用过的光波窗口有0.85、1.31和1.55。光学信道包括最基本的光纤，还有中继放大器EDFA等；而光学接收机则接收光信号，并从中提取信息，然后转变成电信号，最后得到对应的话音、图像、数据等信息。下面是光通信系统图。 TX：光发射端机 RX：光接收端机图1-1 光纤通信系统光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。光通信系统是采用光缆作为传输通路中的传输媒质的。为了以光的形式来

13、传输信号，分别在发送端装有将电信号转变成光信号的光发送机（电光变换器），在接收端装有光信号还原成电信号的光接收机（光电变换器）。光通信系统中的中间中继机将传输途中减弱的光信号变换成电信号进行放大、再生。这就组成了光通信系统。下面分别简述各个部分：（一）光纤（光缆）光纤通信系统中最重要的是光纤光缆，它是光信号在发送器和接收器间的传输媒质。光纤中传播的模式就是光纤中存在的电磁波场场型，或者说是光场场型（HE）。按照光在光纤中的传输模式可分为：单模光纤和多模光纤。根据芯径大小等特定条件只传输一种模式的光纤称为单模光纤。按照折射率分布的不同，多模光纤又分为阶跃型和渐变型两类。图1-2所示为其剖面图 (

14、a) 阶跃型多模光纤 （b）单模光纤 图1-2 光纤剖面图在应用中，每一类光纤都有优缺点。简单说，阶跃型光纤较便宜也最易于端接，但它的缺点是带宽最窄。渐变型光纤有较宽的频带也容易端接，但价格较高。单模光纤有最宽的带宽，但价格也最高，而且不易端接。光纤的纤芯和金属包层是特别设计和处理过的，其折射特性具有互不性，这样光强进入纤芯不会受损，而且会被反射回纤芯，这就是TIR（全反射）。在发送端和接收端的光连接器中光缆末端设计在相对应部分是相同的。光纤中反射的基础是纤芯和包层的折射率，纤芯的折射率为n1,包层的折射率为n2。数学中物质的折射率(n)描述为光在真空中的速度与光在给定介质中的速度(v)之比，

15、即n=c/v.空气中的折射率为一。由于光密介质中传播较慢，所以其折射率总大于一。介质密度越大，光传播越慢，折射率越大。如图1-3所示，当一束光线由第一种介质到达第二种介质的界面，由于这两种介质的折射率不同分别为(n1、n2)，这时，就只有一部分光线进入第二种介质中去，其余将被反射回第一种介质中去。同样，因为光的速度从第一种介质进入第二种介质时会改变，它的方向到达第二种介质时也会改变。 部分反射 全反射图1-3 光的部分反射与全反射在光纤法则中，纤芯是具有较高折射率的光物质。纤芯中的光线是最重要的，它携带了信息。光线从折射率为n1的介质以很小的角度1(入射角)入射到折射率为n2的介质上，只有很少

16、的一部分返回介质。当光纤的入射角1增加则到达界面的光线减少而更多的被反射到光密介质中去。这里存在一个特殊角度，当光纤的入射角大于此角光线不能进入第二种介质。当n1是光纤纤芯的折射率，n2是包层的折射率，所有超过c的光线都在边界处被反射回去，并且携带信息的光可在纤芯内传导。单光心光缆 多光心光缆图1-4光缆剖面图 光缆：光缆是单芯或多芯光纤的包层，实际的光缆不止是由纤芯和包层，一个基本低成本光缆有一外层护套围绕在光线外，这外层护套增加了光缆的强度，减小了光纤突发的、急弯曲的可能性。如图1-4。总结：光纤通信有损耗低、频带宽、重量轻、抗干扰能力强、更高的保密性和安全性等显著的优点。现在正被应用到各

17、个领域，已经发展成为长途干线、市内电话中继、水底和海底通信以及局域网、专用网等有线传输的骨干，并且已开始向用户接入网发展，由光纤到路边（FTTC）、光纤到大楼（FTTB）等向光纤到户（FTTH）发展。针对各种应用和环境条件等，通信光缆有架空、直埋、管道、水底、室内等敷设方式。（二）电发射机通信中传输的许多信号（如话音图像信号等）都是模拟信号。电发射端机的任务，就是把模拟信号转换为数字信号（A/D），完成PCM编码，并且按时分复分的方式把多路信号复接，合群，从而输出高比特率的数字信号。 （三）光发射机 （电光变换器）数字信号 光信号光源调制电路线路编码控制电路 图1-5 光发射机框图光发射端机的

18、组成如图1-5所示。光纤系统中发送器是一个光源，实际光纤系统的光源必须体积小，有高调制速度、窄频特性、高发射率，提供足够的光功率，寿命长，耐使用。有两种半导体设备满足以上要求：激光二极管和发光二极管(LED)。两种器件的特性都有各自满足的设备。简单的说，LED多用于成本低，功率低的短距离电路；而激光二极管成本高，多用于大功率，长距离的通信系统。LED由大量过程组成并有各种各样的构造。在实验系统中所用的LED式GaASP表面发射型光二极管。当P型和N型半导体媒质相连，PN结就形成了。向前偏置（当P极为正极，N极为负极）时，电子从N极迁移过节点与P极空穴复合。当电子改变能量极并与空穴复合，能量以热

19、和光的形式发射。如果半导体物质是半透明的，光发自二极管，PN结变成了光源。发光二极管因此形成。既然半导体是电流控制设备，则增加通过二极管的前向电源就会引起更多的复合以达到更多的光和更多的光功率。用调制信号改变发光二极管的前向电流来体现发出的光所携带的信息。当把二极管多发出的已调制光放在光缆末端，这些光将会耦合入光缆，那些没有耦合入光缆的光功率将会损失掉变得毫无意义。耦合损失出现在光缆末端和连接处，损失掉的功率必须通过增加发送端输出来补偿。（四）光中继器在长途光纤通信线路中，由于光纤本身存在损耗和色散，造成信号幅度衰减和波形失真，因此，每隔一定距离（5070km）就要设置一个光中继器。传统的光中

20、继器采用光电光的转换方式，即先将接收到的弱光信号经过光电（O/E）变换、放大和再生后恢复出来的数字信号，再对光源进行调制（E/O），发射光信号送入光纤继续传输。自20世纪80年代末掺铒光纤放大器（EDFA）问世并很快实用化，光放大器已经开始代替O/E/O式中继器。但目前的光放大器尚没有整形和再生功能，在采用多级光放大器级联的长途光通信系统中，需要考虑色散补偿和放大的自发辐射噪声积累的问题。（五）光接收机 （光电变换器）在接收端，光接收机由光检波器和将中途受传输媒质衰减、失真了的光信号以电信号进行复原（称为均衡放大）的部分组成。光信号放大、再生，恢复出原来传输的信号，送给电接收端机。电接收端机的

21、任务是将高速数字信号时分解复用，然后再还原成模拟信号，送给用户。光电接收端机之间，经过输出接口实现码型、电平和阻抗的匹配。（六）备用系统和辅助系统1.备用系统由于光气件的可靠性比电器件差，为了保证通信系统的畅通，光路（包括光端机、光纤和光中继器）应设置备用系统。当主用系统出现故障时，可人工或自动倒换到备用系统上工作。可以几个主用系统共用一个备用系统，当只有一个主用系统时，可采用11的备用方式。2.辅助系统辅助系统包括监控管理系统、公务通信系统、自动倒换系统、告警处理系统，电源供给系统等。二、ITU-T国际电信联盟建议一个通信系统都是由若干个部分（如电端机、光端机、光纤光缆等）组成的，这样就存在

22、一个彼此相互连接的问题。它们各自的输入和输出口必须满足一定的要求才能彼此相连接。ITU-T（原为CCITT国际电报电话咨询委员会）国际电信联盟对接口下了一个定义，称为“两个相关系统之间的公共界面”，在光纤系统中两个连接的设备之间，上游设备的输出口和下游设备的输入口就是它们的公共界面。对于PCM复用设备的输入口和输出口，ITU-T早就建议，世界各国都已执行，因此，与PCM复用设备相接的光端机也满足复接设备的接口要求，否则就无法对接而正常工作，端机和系统的各项测试都是为了检查这些接口是否满足要求。接口要求的内容很多，例如通信速率、代码、输出口波形、抖动、输入口阻抗、反射损耗及容许抖动的极限等等。所

23、有测试规范都是根据ITU-T的各项建议而制定的。第二部分 光纤系统的基本测试一、光纤数字通信的质量指标为了保证通信网的正常工作，必须对光纤数字通信系统的质量指标提出合理的要求。它的主要质量指标是：误码特性、抖动特性、可靠性。（一）误码特性1.误码的概念在数字传输系统中，当在发送端发送“1”码时，在接收端收到的却为“0”码;而在发送端发送“0”码时，接收端收到的却是“1”码。这种收发信码的不一致就称为误码。系统的误码性能是衡量系统优劣的一个重要指标，反映数字信息在传输过程中受到损伤的程度。误码影响数字传输的传输质量，使音频信号产生失真，使数据信号丢失信息，产生不准确信息，或减少通过量等。产生误码

24、的主要原因是传输系统的噪声和脉冲抖动。2.产生误码的主要机理光纤传输系统生产误码的机理涉及到系统的各个部分，即与发送的信号、传输过程以及检测等过程有关。但主要还是由和信号检测有关的各种噪声及干扰所造成。分别叙述如下：（1）分配噪声：半导体激光器有两种基本噪声，一种与功率涨落有关的量子散粒噪声；二是在所有纵模的总功率保持恒定之下，各个纵模功率分配的瞬时涨落所引起的噪声，这种噪声就是所谓的模式分布噪声。对于要求高信噪比的光波系统，如模拟电视系统、相干光系统必须考虑AM和FM噪声时，量子散粒噪声时重要的噪声源。而模式分布噪声对任何的光纤系统的性能限制都起重要作用。激光器纵横模能量分布的随机性变化，使

25、得光波在光纤中的色散作风更加复杂和更加随机性。这种噪声能量显著的恶化接收机的性能，从而造成误码。为克服模式分布噪声应使用动态单频激光器作光源，以便消除模式分布噪声的影响。（2）光反射引起的噪声：光源输出的光信号经耦合入射到光纤中进行传播在传播过程中由于连接器，接续点以及光纤中折射常不一致的点等都会引起光的背向反射，当射回的光与激光腔中的激光模式发生耦合时，则全发生相位变化，从而造成周期性调制噪声。为克服反射光的影响，可在激光器与光纤之内串入一个光隔离器。（3）码间干扰：码间干扰可能引起误码。光脉冲在光纤中传播，由于光纤色散使得脉冲展宽，从而造成脉冲间即码间干扰。码间干扰与线路码型、传输速率、光

26、源波长与普宽、光纤色散系数、线路长度、波形均衡等因数有关。（4）光接收机的噪声：在光电转换过程中，由于信号光子数的随机性和离散性，产生所谓的量子噪声起重要作用。若采用PIN光电二极管作检测器，在低速率情况下，PIN管漏电流引起的散粒噪声起支配作用。同时，反馈电阻对噪声的贡献以及1/f噪声也起一定的作用。在高速率情况下，沟道噪声起重要作用。3.误码性能指标（1）长期平均误码率 (BER: Bit Error Rate)长期平均误码率的基本定义是：在一个相当长的时间间隔内，传输码流中出现误差的概率。可表示为：BER=出现误差的码元数(m)/传输码流的总码元数(n)对于一路64kbit/s的数字电话

27、，若的数字电话BER=10-6, 则话音十分清晰，感觉不到噪声和干扰；若BER达到105，则在低音讲话时就会感觉到干扰存在，个别的产生喀喀声；若BER高达103，则不仅感到严重的干扰，而且可懂度也会受到影响。（2）误码的时间百分数和误码秒百分数BER表示系统统计平均的结果，这不能反映系统是否有突发性，成群的误码存在。为有效地反映系统实际的误码特性，还需引入误码的时间百分数和误码秒百分数。ITU-T G.821建议提出了构成综合业务数字网（ISDN）的部分数字连接的误码特性，规定了64kbit/s电路误码率超过某一阈值的劣化分，严重误码秒和误码秒所占世间的百分比指标。如表：类别定义门限值抽样时间

28、全程全网指标劣化分（DM）误码率劣于门限的分110-61分钟时间百分数10严重误码秒（SES）误码秒劣于门限的秒110-31秒钟时间百分数0.2误码秒（ES）出现误码的秒01秒钟时间百分数8表21 64kbit/s业务误码性能指标以上三种不同类别的误码性能的基本概念说明如下：设总监测时间为St秒，它的大小无明确建议，一般以较大为好，如数天或一月。在St秒中应考虑“可用时间”和“不可用时间”两种情况。连续10秒，每秒的误码率劣于110-3为“不可用时间”的开始，该10秒应为不可用时间，即电路处于失效状态，或称故障状态。当故障消除以后，连续10秒每秒误码率优于110-3，即为“不可用时间”结束，该

29、10秒应为“可用时间”。对于64kbit/s数字信号而言，110-3误码率对应于1秒产生64个误码。设“不可用时间”为Su秒，则“可用时间”可以表示为:Sa=StSu (1.1)如果以1分计算，则“可用时间”可表示为：Ma=Sa/60 (1.2)在(2.1)式和(2.2)式的基础上，三种不同类别和误码性能指标分别表示如下：i、劣化分(DM)DM=M4Ma10% (1.3)式中M4是在可用时间内，除去严重误码秒，一分钟时间间隔误码率劣于110-6，对64kbit/s而言，即一分钟内误码个数大于4的时间。但应指出：由于实际的原因,当一分钟内的误码个数为4时，其误码率为1.0410-6，不认为是劣化

30、分。ii、严重误码秒(SES)SES=S64/Sa0.2% (1.4)式中：S64是在可用时间内，对64kbit/s信号而言1秒时间间隔内误码个数大于64的时间。iii、有误码秒（ES）ES=Se/Sa8% (1.5)式中是在可用时间内，1秒钟时间间隔内产生的误码个数大于或等于1的时间，或者说产生任意误码的时间。（二）抖动特性1.抖动的概念数字信号(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)。偏离的时间范围叫做抖动幅度。偏离的时间间隔对时间的变化叫做抖动频率。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)缓存器的工作带来一系列的问题，是使信号判决

31、偏离最佳判决时间，影响系统性能的重要因素。在光纤通信系统中将10Hz以下的长期相位变化称为漂动；而10Hz以上的则称为抖动。抖动在本质上相当于低频振荡的相位调制加载到传输的数字信号上。产生抖动的主要原因是随机噪声、时钟提取回路中调谐电路的谐振偏移，接收机的码间干扰和振幅相位换算等。在多中继长途光纤通信中，抖动具有积累性。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，使信噪比劣化，灵敏度降低。抖动的单位是UI,表示单位时隙。当传输信号为NRZ码时，1UI就是1比特信息所占用的时间，它在数值上等于传输速率的倒数。2.抖动指标为了保证数字网的抖动要求，必须根据抖动的积累规律，对数字段和数字设备

32、的抖动特性进行限制。在实际工作中，它们都必须考虑一下三种不同的抖动特性指标：输入抖动容限；输出抖动；抖动转移特性。3.抖动估算在光纤数字通信线路中，各部分产生的抖动是按照一定的规律积累的，首先讨论由若干个再生中继器组成的链的抖动。数字再生中继器一般都是全再生和再生定时的，它从输入信号中提取定时信号。当输入信号无抖动时，再生中继器输出数字信号的抖动主要是由于再生的定时提取电路的不完善产生的。这种抖动与传输数字信号的脉冲数字序列有关，故称之为码行相关抖动。因为码行相关抖动是网路抖动的主要形式，所以必须考虑抖动的积累问题。对抖动而言，再生中继器对输入信号中出现的抖动，相当于一个低通滤波器，它可以用输

33、入端的附加抖动源表示，当然，再生中继器产生的抖动是不相关的，则在N个再生中继器后，数字信号中出现的总r.m.s.抖动，可近似的表示为：JnJ (1.6)式中：J是一个再生中继器又不相关抖动源所产生的r.m.s.抖动值。实际上，再生中继器产生的相加抖动是码型相关的，因为每个中继器的信号码型是相同的，并且可认为，在再生中继链中的抖动，是每个中继器产生的相同抖动相加。在这种情况下，可以证明，抖动的低频分量是线性相加，而高频分量，它相当于通过低通滤波器，衰减增大。如果传输信号是随机的，在通过N个再生中继器以后，信号中出现的r.m.s.抖动，当N较大时。可表示为：JJ1 (1.7)式中：J1是由于码型相

34、关，在单个再生中继器中所产生的r.m.s.抖动。 从(1.6)式和(1.7)式可以得到两个重要结论：（1）当再生中继器的数目N增加时，码型相关抖动的积累增长速度比非码型相关快，对再生中继器链的实际计算应使用(1.7)式。（2）再生中继器链产生的抖动幅度，将随着再生中继器恶增加而无限制地增加，因此，坐在数字段内地再生中继器应有限制。下面，我们来讨论数字段的抖动，即数字段无输入抖动时的最大输出抖动。数字段的指标是根据数字网的抖动指标提出的。考虑到数字段的两端有光端机，光端机中有扰码器和解扰码器，因此，各数字段内的光纤传输系统所产生的抖动是不相关的。数字信号经过M个数字段后，传输的r.m.s.抖动由

35、下式表示：JmJs (1.8)式中Js是每个数字段内产生的r.m.s.抖动。K是一个常数，其值在12之间。在实际使用中，数字复接设备也会产生一些抖动。例如，四次群复接设备复用信号输出抖动可达到0.05UI，这就会使抖动输入增加。考虑到留有一定的富余度，要求140Mbit/s每个数字段无输入抖动时的输出抖动，在200Hz3500Hz之间测量的峰峰抖动应在0.40.5UI范围之内。所谓峰峰抖动时数字信号单元脉冲超前与滞后其理想位置之差的最大值。在有抖动抑制器（如锁相环）时，其抖动积累与（1.8）式相同。但是Js减少。在这种情况下，当N较大时，Js的r.m.s.抖动近似为Js=2NJ/B (1.9)

36、式中：J是单个中继器产生的r.m.s.抖动；N是数字段内级联的中继器数；fc是抖动抑制器的截止频率(PLL为1kHz)；B是单个中继器的半带宽，可以表示为B=f/2Q；f为线路码速；Q是定时提取回路的有载品质因素，一般为80左右。利用上式可以计算一个数字段或一个实际工程的抖动值，检验它的抖动值，符合ITU-T建议要求。（三）可靠性可靠性是光纤数字通信系统的另一个重要指标。为了提高系统的经济性和可维护性，在系统设计时，首先应明确系统总的可靠性指标，从而对各个部分的可靠性提出要求；或在已知各个部分的可靠性时，估算系统的可靠性是否达到要求。1.可靠性的表示方法和指标：光纤数字通信系统的可靠性可以表示

37、为：R=exp(-t)=exp(-t/MTBF) (1.10)式中：R表示系统无故障工作t小时的概率。是系统的故障率，单位是(fit)，在109小时内出现一次故障称1fit。MTBF是平均无故障时间即两次故障之间的平均时间。如果光纤数字通信系统由n个部分串联而成，而且它们的故障率是统计无关的，则系统的苦口气可以表示为：Rs=R1R2R3RiRn(1.11)式中：Ri是串联系统第I个部分的可靠性。考虑(1.10)和(1.11)式，系统总的可靠性可以写成：Rs=exp(-st)=exp-(1+2+i+n)t (1.12)式中：s是系统总的故障率，它可以写成：s=i （1.13）由上式可见，系统总的

38、故障率等于各串联部分故障之和。在实际应用时，为了估算的准确性，i应考虑温度和其他条件的影响，对它进行适当的修正。二、光接口指标的测试在光纤数字通信系统中，光端机、PCM电端机和光纤的连接如图21所示。由图可见，光端机与光纤有二个连接点。S、R，称为光接口，或称为光端机的线路侧；光端机与电端机与数字设备也有二个连接点A、B，称为电接口，或称光端机的设备侧。光端机共有四个接口，两个光接口，一个为“S”，向光纤发送光信号功率；一个为“R”，从光纤接收光信号功率。两个电接口，一个为“A”，接收数字复用设备送来的PCM数字信号；一个为“B”，现各数字复用设备输出PCM数字信号。光中继器四个接口都是光接口

39、。因此，光纤数字通信系统或光设备的测试也分为两大类，一类是光接口指标，另一类是电接口指标。这里我们主要讨论有关光接口的指标与测试。电端机光端机 A S 光纤 B R 光纤 图2-1 光端机的接口（一）光接口指标光接口指标主要有四个：平均发送光功率。消光比。光接收机灵敏度。光接收机动态范围。以上四个指标在数值上ITU-T无明确建议，主要应根据各种不同的光纤数字通信系统设计要求来确定。光接口指标测试依据也就是设计要求测试结果应优于设计指标。 （二）光接口测试主要仪器1.光功率计 光功率是光通信中一个重要参数。发送机输出光功率，接收机接收光功率，接收机灵敏度和动态范围的测量实际上都是在满足一定误码率

40、条件下测量能接收的最小光功率和最大光功率。光纤衰耗，接头衰耗的测量，实际上也是测量光纤两端的光功率。而光功率计就是测量光功率的仪表。测量光功率有热学法和光电法。热学法在波长特性，测量精度等方面较好，但响应速度慢，灵敏度低设备体积大。光电法有较快的响应速度、良好的线性特性而且灵敏度高，测量范围大，但其波长特性和测量精度方面不如热学法。因此，根据热学法制成的光功率计一般均作为标准光功率计，光通信测量中一般很少采用此类光功率计。光通信中的光功率较微弱，范围大约从nW级到mW级。光通信测量中普遍采用的用光电法制作的光功率计，一般有通用型和高灵敏度型。其中高灵敏度型光功率计利用斩波器（通常和功率计的传感

41、器装在一起）将被测光信号调制成一定频率的交流信号，以利于放大器放大，改善信噪比，可使灵敏度提高2030dB。光电法就是用光电检测器检测光功率，实质上是测量光电检测器在受光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，此类光功率计实际上是半导体光电传感器（即检测器、亦称探测器）与电子电路组成的放大、数据处理单元的组合。电子电路部分一般称为主机，半导体光电传感器称为探头。（1）光功率计的主要技术指标：波长范围：主要有探头的特性所决定，由于不同的半导体材料制成的光电二极管对不同波长的光强响应度不同，所以一种探头只能在某一光波长范围内适用，而且每种探头都是在其中心响应波长上校准的，

42、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。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由不同的光功率测量范围。为了从强背景噪声中提取很弱的信号，以提高灵敏度，主机都设有平均处理功能。为了消除暗电流的影响，主机还设有自动偏差校准，自动设置传感器暗电流至0（只对连续光传感器作用）。（2）下面以智能化WY9106型光功率计为例介绍其特性指标：波长范围：0.381.7m测量范围：-70dBm+3dBm自动换档测量精度：-5%+5%测量显示：16字符2行液晶显示，同时显示W、dBm；相对功率W、dBr该光功率计的特点是微机控制量程自动切换，自动调零，测试结

43、果具有多次平均处理功能、数据保持功能等，并可测光纤损耗。无机械开关，最适宜于野外施工之用。2.误码测试仪关于误码和抖动的概念前面已经介绍过，这两个参数都是描述PCM通信设备传输特性的必测的指标，因此有不少型号的商用PCM误码和抖动测试仪表，而且两者往往装在一起，通称为PCM传输特性分析仪，也有时简称为误码仪。这里主要介绍一下误码测量的有关内容。（1）误码测试仪的组成伪随机序列产生器时钟产生器发码发送部分同步电路误码检测本地伪随机序列产生器部分误码检测器计数器收码图23 误码测试仪框图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。码发生器可以产生测试所需要的各种速率和各种码型，根据国

44、际规定，误码率等性能的测试应采用2231伪随机序列（对三次群和三次群以上系统）来进行测试，误码检测器包括本地码发生器，同步电路及误码检测器，本地码发生器的构成与发码发生器相同，可以产生与发码完全相同的码序列，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码与接收码进行比较，检出误码信息，送给指示器，从而显示误码的测量结果。用误码仪测量误码的方框图如图23。（2）误码检测原理：误码检测原理图如图24所示。输出码型经被测信道或被测设备后，再由接收部分接收，接收部分可产生一个与发送部分码发生器产生的图像文完全相同的且严格同步的码型，以此作标准，在比特比较器中与输入的图案进行逐比特比较，如果被

45、测设备产生了任何一个错误比特，都会被检出一个误码并送给误码计数器显示。输出错误信号误码仪（检测）误码仪（计数器）被测设备误码仪（发送） 被测信号图24 误码检测原理方框图要正确检测必须使被测信号与收端的PRBS（伪随机码）发生器产生的PRBS同步。同步过程由同步检测电路完成。一旦失步，同步检测送出一脉冲信号控制开关，使码型发生器反馈中断，由被测信号取代PRBS。并开始同步捕捉，一旦检查到连续32个bit无误码，就认为同步了，这时，同步检测电路控制开关。断开送入码型发生器的被测信号，使码型发生器环路闭合。误码测量时，一次测量持续的时间间隔(T)由计数器控制，就是闸门脉冲宽度。ITU-T推荐用于电

46、话业务的误码测量时间间隔为1分钟，这与一次电话呼叫的平均时间相当；用于数据业务的误码测量时间间隔取1秒钟，这与分组码码长相当。（3）误码测试仪的功能一般误码测试仪都有“误码率”、“误码个数”、“误码秒”、“不误码秒”等多项测试功能，有的还可自动计算出被测设备或系统的“利用率”和“可靠度”。还有一些误码仪具有“0”码插入功能等，以检测被测设备和系统的承受能力和监测警告功能等。（三）光接口各项指标的测试1.平均发送光功率（1）测试原理光端机的平均发送功率是在正常工作条件下，光端机输出的平均光功率，即光源纬线输出的平均光功率。平均发送光功率指标与实际的光纤线路有关，在长距离光纤数字特性系统中，要求有

47、较大的平均光功率，在短距离的光纤特性系统中，要求较小的平均发送光功率。（2）测试步骤平均发送光功率测试框图如图25所示。其测试步骤如下：光功率计光端机PCM复用器 A S 连接器 测试光纤图25 平均发送光功率测试框图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，根据ITU-T建议，信号源应能产生不同长度的码型信号，不同码速的光纤数字特性系统要求送入不同的PCM测试信号，速率为2048kbit/s和8448kbit/s的数字系统送（215-1）伪随机码，34368kbit/s和139264kbit/s的数字系统送（223-1）伪随机码。从发送端连接器中取出线路光纤插头，用光纤

48、测试线分别插入发送端连接器与光功率计连接器，连接光端机的光输出与光功率计，此时从光功率计读出的功率P1就是光端机进入光纤线路的平均发送光功率。光端机的平均发送光功率应考虑发端连接器损耗。（3）注意事项i 、平均光功率与PCM信号的码型有关，NRZ码与50占空比的RZ码相比，其平均光功率要大3dB。ii、光源的平均输出光功率与注入它的电流大小有关，测试应在正常工作的注入电流条件下进行。2.光接收机灵敏度（1）测试原理灵敏度是光端机的重要特性指标之一。它表示了光接收机接收微弱信号的能力。其定义是：再给定误码率或信噪比条件下，光接收机所能接收的最小光功率。灵敏度的单位“dBm”表示。表示以1mW功率

49、为基础的绝对功率电平。设测得的最小平均功率为Pmin，则灵敏度可以表示为：Pr=10Pmin/1mW这里要特别说明，Pmin越小，则接收机的灵敏度就越高，该接收机在很小的接收光功率条件下，就可以保证系统所要求的误码率。目前，应用最广泛的光纤数字通信系统，一般都使用PINFET组件作为光接收机的前端。它有混合集成和单片集成两种，国内一般为前者，光接收机的灵敏度基本上由这种组件的特性所决定。因此，灵敏度的计算公式可以由组件的参数和文件值来确定，它可表示为：Pr=10QVn/RoRf10-3(dBm)式中Q是PINFET与信噪比有关的参数Ro是PIN光电检波器的响应度（A/W）Rf是PINFET的并

50、联反馈电阻，或称互阻抗Vn是PINFET的噪声有效值电压。（2）测试步骤光接收机灵敏度测试的原理图如下214所示。误码测试仪光接收机光衰减器光发射机误码仪（发送） 连接器R 光纤误码仪（检测）光功率计误码仪计数器图2-14 光接收机灵敏度测试原理图具体测试步骤有以下几步：i、按要求将误码测试仪和光可变衰减器与光纤数字通信系统连接。工程测试时，一般采用如图所示的对端环回测试；设备出厂测试一般将误码测试仪的发收单元分开，进行端对端测试，并不考虑整个线路的影响。ii、误码测试仪向光端机送入测试信号，PCM测试信号为伪随机码，长度为（2n1），N的选择与平均发送光功率测试相同。iii、调整光衰减器，逐

51、步增大光衰减，使输入光接收机的光功率逐步减小，使系统处于误码状态。然后，逐步减小光衰减器的衰减，逐渐增加光接收机的输入光功率，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时，即达到系统所提取的误码率。iv、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。v、按式计算用dBm表示的灵敏度Pr。（3）测量中的注意问题i、在测量光接收机灵敏度时，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数字光纤通信系统，其误码率指标时不一样的。对同一个光接收机来说，当要求的误码率指标不同时，其接收

52、机的灵敏度也就不同。要求误码率越小，则灵敏度就越低，即要求接收的光功率就越大。因此，必须明确，对某一接收机来说，灵敏度不是一个固定不变的值，它与误码率的要求有关。测量时，首先要确定系统设计要求的误码率，然后测得该误码率条件下的光接收机灵敏度的数值。ii、要注意定义中的最小平均光功率，而不是任何一个能保证系统要求的误码率的光功率。因此，要特别注意最小的概念。所谓“最小”就是当接收机接收的光功率只是小于此值，误码率立即增加而达不到要求。对某一接收机来说，光功率只要在它的动态范围内变化，都应保证系统要求的误码率。但灵敏度只有一个，即接收机所能接收的最小光功率。iii、灵敏度指的是平均光功率，而不是光

53、脉冲的峰值功率。这样，光接收机的灵敏度就与传输信号的码型有关。码型不同，占空比不同，平均光功率也不同，即灵敏度不同。在光纤数字传输系统中常采用两种码型：NRZ码和RZ码，占空比为50。两种码型比较，当“1”码和“0”码的功率相等时，前者的平均光功率比后者大了3dB。测试时必须选择正确的码型。iv、光接收机灵敏度是系统性能的综合反映，除接收机本身的特性以外，接收信号的波形也对灵敏度产生影响，而接收机信号波形主要由光纤的带宽和码速的关系来决定。因此，从系统角度考虑光接收机灵敏度，还应考虑光纤带宽对灵敏度的影响。v、在光纤线路中，光接收机输入信号的脉冲宽度将由发送光脉冲的响应函数来确定。在光纤色散较大的情况下，光脉冲通过光纤时，将被展宽，严重时产生码间干扰，降低光接收机的灵敏度。测试时必须注意各种因素的影响，才能得到比较准确和实际的测量结果。