陸 迪
(桂林-諾基亞電信有限公司桂林541004)
摘要:以廣東增城電力光纖通信系統(tǒng)為例，討論了專用光纖通信系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量問(wèn)題，介紹了實(shí)測(cè)中的常用測(cè)量?jī)x器和使用方法。
關(guān)鍵詞:光纖通信 現(xiàn)場(chǎng)測(cè)量 準(zhǔn)同步
1引言
進(jìn)入90年代以來(lái)，我國(guó)光纖通信事業(yè)發(fā)展很快。1988年9月，全國(guó)光纖會(huì)議時(shí)統(tǒng)計(jì)，全國(guó)長(zhǎng)途光纜干線總長(zhǎng)為1 182千米。到1995年，全國(guó)長(zhǎng)途光纜干線總長(zhǎng)已達(dá)145 000千米［1 ］。 進(jìn)入1993年以后，我國(guó)光纖通信已處于持續(xù)大發(fā)展時(shí)期［2］。其特征是大量新技術(shù)，特 別是網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、高速介質(zhì)接入網(wǎng)(HMAV)、光時(shí)分復(fù)用接入(OTMMA)和波分復(fù)用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、 SDH產(chǎn)品等開(kāi)始實(shí)用化并開(kāi)展大量、深入的研 究工作［3］。同時(shí)，各種專用光纖系統(tǒng)進(jìn)入國(guó)民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，促成了我國(guó)光纖通信技術(shù) 的蓬勃發(fā)展。面對(duì)光纖通信技術(shù)的普遍應(yīng)用，了解光纖通信系統(tǒng)測(cè)量技術(shù)的現(xiàn)狀，無(wú)論是對(duì)光纖通信的業(yè)主、經(jīng)銷商，還是對(duì)光纖通信的廣大用戶都是重要的。
目前，我國(guó)光纖通信技術(shù)的現(xiàn)狀是 PDH設(shè)備大量普及，SDH設(shè)備逐步推廣應(yīng)用。因此，本文 所談的“光纖通信系統(tǒng)”是指 PDH光纖通信系統(tǒng)。 PDH光纖通信系統(tǒng)是光纖通信技術(shù)的一個(gè)重要發(fā)展階段。從光纖通信總的發(fā)展趨勢(shì)看， PDH傳輸設(shè)備將逐步為 SDH設(shè)備所取代。但是 ，由于歷史及投資等諸多原因,今后較長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)，PDH設(shè)備還將有相當(dāng)大的市場(chǎng)，特別是專用光纖通信網(wǎng)，PDH設(shè)備仍占主導(dǎo)地位。廣東增城電力光纖通信系統(tǒng)就是采用桂林。諾基亞PDH設(shè)備于1997年建造并投入使用的專用光纖通信系統(tǒng)。筆者曾在該系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)中進(jìn)行了一系列的測(cè)試工作，其測(cè)試方法既簡(jiǎn)便，又實(shí)用，可供同類系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)所借鑒。
2常用光纖通信系統(tǒng)
以 PDH設(shè)備構(gòu)成的光纖通信系統(tǒng)是指圖1所示的一段光纖數(shù)字線路。圖1(a)表示無(wú)再生中繼器的系統(tǒng)。圖1(b)表示有再生中繼器的系統(tǒng),再生中繼器的數(shù)目取決于系統(tǒng)的路由和長(zhǎng)度。圖中，TT，為光端機(jī)與數(shù)字接口;S為緊靠光發(fā)送機(jī)或光中繼器輸出端的光纖端頭;R為緊靠光接收機(jī)或光中繼器輸入端的光纖端頭;Tx為光發(fā)送機(jī);Rx為光接收機(jī)。
在一定的工作條件下,通常是對(duì)圖1中的光纖線路實(shí)際測(cè)量出或根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計(jì)算出 光纖通信系統(tǒng)的特性指標(biāo)。
3常用光纖通信系統(tǒng)特性指標(biāo)及測(cè)量方法
3.1誤碼特性
在數(shù)字傳輸系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)送端發(fā)送二進(jìn)制數(shù)字“1”碼時(shí),接收端得到的是“0”碼,在發(fā)送端發(fā)送“0”碼時(shí),接收端得到的是“1”碼。這種收發(fā)信的不一致,就叫做誤碼。誤碼必然造成 系統(tǒng)傳輸質(zhì)量下降。系統(tǒng)的噪聲和脈沖抖動(dòng)是造成誤碼的主要原因。
3.1.1誤碼率估算
誤碼率定義為:
BER=M/N（１）
式中,BER為系統(tǒng)的誤碼率;M為出現(xiàn)誤碼的碼元數(shù);N為傳輸碼流的總碼數(shù),N=BT0;B為數(shù)字速率;T 0為規(guī)定的時(shí)間間隔。當(dāng)N足夠大時(shí),BER值才比較準(zhǔn)確，因此,誤碼率是一個(gè)統(tǒng)計(jì)平均的結(jié)果。有時(shí)BER又叫平均誤碼率。
國(guó)際電信聯(lián)盟(ITU)對(duì)平均誤碼率沒(méi)有具體規(guī)定,但是它可以根據(jù)具體建議的劣化分和誤碼秒指 標(biāo)計(jì)算出來(lái),這里不贅述。中華人民共和國(guó)原電子工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對(duì)長(zhǎng)度不超過(guò)420、2 80、50千米的高比特率光纜數(shù)字線路系統(tǒng)平均誤碼率 (BERav)≤1×10-11(連續(xù)測(cè)試 時(shí) 間不小于24小時(shí))［4］。系統(tǒng)誤碼率優(yōu)于1×10-9,屬正常通信;誤碼率大于1 ×1 0-6時(shí),通信質(zhì)量受到嚴(yán)重影響;當(dāng)誤碼率大于1×10－３時(shí),使音頻信號(hào)失真,使 數(shù)字信號(hào)失去信息，通信已無(wú)法維持。
3.1.2誤碼監(jiān)測(cè)
誤碼監(jiān)測(cè)采用誤碼儀。一般來(lái)說(shuō)，用誤碼儀對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行誤碼測(cè)量時(shí)，有兩種方法：一種是中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)；另一種是不中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)。
(1)中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)系統(tǒng)誤碼對(duì)于收發(fā)部分分裝的誤碼儀，只要將誤碼儀發(fā)送部分的輸出接入圖1中的T接口，用誤碼儀接收部分在T接口檢測(cè)即可實(shí)現(xiàn)誤碼檢測(cè)；
對(duì)于非分裝式誤碼儀，必須令系統(tǒng)組成自環(huán)傳輸系統(tǒng)，將誤碼儀發(fā)送部分的輸出接入系統(tǒng)輸入接口，將自環(huán)系統(tǒng)的輸出接入誤碼儀接收部分才能實(shí)現(xiàn)誤碼檢測(cè)。這兩種檢測(cè)方法都使系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷。
(2)非中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)非中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)用以隨時(shí)了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，以便在故障發(fā)生之前就檢測(cè)出來(lái)，或故障發(fā)生后及時(shí)判斷出故障的位置。非中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)，是實(shí)用化系統(tǒng)必備功能之一。
非中斷業(yè)務(wù)檢測(cè)有碼結(jié)構(gòu)違例檢測(cè)法、補(bǔ)碼檢測(cè)法、運(yùn)行數(shù)字和法、非同步奇偶檢測(cè)法等等。
3.2抖動(dòng)測(cè)量
3.2.1抖動(dòng)性能指標(biāo)
數(shù)字信號(hào)單元脈沖的有效瞬時(shí)對(duì)其理想時(shí)間位置的短時(shí)非積累性偏離叫做抖動(dòng)，偏離的時(shí)間范圍叫做抖動(dòng)幅度，偏離時(shí)間間隔對(duì)時(shí)間的變化率叫做抖動(dòng)頻率。抖動(dòng)是光纖數(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。 ITU-T對(duì)數(shù)字通信網(wǎng)的抖動(dòng)指標(biāo)有具體規(guī)定。
3.2.2抖動(dòng)性能的測(cè)試框圖
原電于工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抖動(dòng)測(cè)量有3個(gè)［４］:a.輸入抖 動(dòng)容限的測(cè)試;b.抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性的測(cè)試; c.無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)的輸出抖動(dòng)的測(cè)試。標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體測(cè)試方法和參數(shù)指標(biāo)，圖2為測(cè)試框圖。PCM傳輸特性分析儀也可以滿足抖動(dòng)測(cè)試的要求。
抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性可以在測(cè)得輸入信號(hào)的抖動(dòng)幅度Jin和輸出口上測(cè)得 抖動(dòng)幅度Jout(如圖2中虛線所示)之后計(jì)算出來(lái)。計(jì)算公式為：
Gj=20log(Jout/Jin)(dB)(2)
改變抖動(dòng)發(fā)生器的頻率重復(fù)操作，可以得到一條抖動(dòng)轉(zhuǎn)移特性曲線。無(wú)輸入抖動(dòng)時(shí)的輸出抖動(dòng)的測(cè)量也在圖2中的輸出口上進(jìn)行。
3.3 輸出波形的測(cè)量
只要設(shè)備接口上的波形能符合要求，同一碼速不同型號(hào)的設(shè)備就能互連互通。因此，輸出波形的測(cè)量十分重要。ITU-T對(duì)各種碼速的接口波形都給出了明確的建議，見(jiàn)ITU-T G.703。圖 3給出了波形的測(cè)試方法。
圖3(a)為34.368Mb/s以下系統(tǒng)的測(cè)量方法,圖3(b)為34.368Mb/s以上系統(tǒng)的測(cè)量方法。測(cè) 量8．448Mb/s系統(tǒng)時(shí),示波器帶寬≥100MHz,測(cè)量34.368Mb/s以上系統(tǒng)時(shí),示波器帶寬≥30 0MHz。測(cè)量結(jié)果應(yīng)使有效的所有“1”碼都符合相應(yīng)接口脈沖樣板的要求。
3.4平均輸出光功率的測(cè)量
光端機(jī)的平均輸出光功率是指在正常工作條件下光端機(jī)輸出的平均光功率，在光源尾纖端面可以測(cè)到。一定的平均輸出光功率需根據(jù)系統(tǒng)線路參數(shù)選擇相應(yīng)的設(shè)備，長(zhǎng)距離光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中要求有較大的平均輸出光功率,短距離光纖數(shù)字通信系統(tǒng)中要求較小的平均輸出光 功率。這是一個(gè)結(jié)合整個(gè)通信的經(jīng)濟(jì)性、穩(wěn)定性和維修性全面綜合考慮的技術(shù)指標(biāo)。平均輸出光功率的測(cè)試方法如圖4所示。
本試驗(yàn)的要點(diǎn)是光功率計(jì)必須在工作波長(zhǎng)、靈敏度、最大探測(cè)功率和重復(fù)讀數(shù)差上滿足要求。平均輸出光功率與碼型發(fā)生器產(chǎn)生的碼型有關(guān)。非歸零(NRZ)碼與50％占空比的歸零(RZ) 碼相比,平均輸出光功率要大3dB。這里的碼型發(fā)生器可以用PCM綜合參數(shù)測(cè)試儀代替。
3.5光接收靈敏度
光接收靈敏度是光端機(jī)的重要指標(biāo)之一，它表示光端機(jī)在微弱輸入信號(hào)下保證正常通信的能力。圖5示出光接收靈敏度的測(cè)試方法。本試驗(yàn)中主要使用誤碼檢測(cè)儀、碼型發(fā)生器、光衰 減器及光功率計(jì)等。
光接收靈敏度的單位是dBm,表示以1mW功率為基礎(chǔ)的絕對(duì)功率電平,計(jì)算公式為
Ps=20log(Pmin/lmW)(dBm)(3)
式中,Ps為光接收靈敏度;Pmin為最小平均光功率。
按式(3)計(jì)算出的光接收機(jī)靈敏度是負(fù)值。Pmin越小,Ps值越小,光接收 靈敏度越高,表示該接收機(jī)在很小的接收光功率條件下，就可保證系統(tǒng)所需要的誤碼率。
3.6動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量
動(dòng)態(tài)范圍表征光接收機(jī)對(duì)輸入信號(hào)光功率的承載能力，即在整個(gè)動(dòng)態(tài)范因內(nèi)，光接收機(jī)均能滿足誤碼率要求,動(dòng)態(tài)范圍越大越好。動(dòng)態(tài)范圍的測(cè)量框圖如圖5所示。在測(cè)到光接收機(jī)的最 小光功率之后,將光衰減器逐級(jí)減小,直到誤碼率達(dá)到規(guī)定值,用光功率計(jì)測(cè)得最大接收光功率Pmax。由式(5)可計(jì)算出系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍:
D=201og(Pmax/Pmin)(dB)(5 )
式中,Pmax為最大接收光功率， Pmin為最小接收光功率。
4廣東增城電力光纖通信系統(tǒng)的實(shí)際測(cè)量
廣東增城電力光纖通信系統(tǒng)是桂林-諾基亞電信公司開(kāi)發(fā)的電力網(wǎng)光纖監(jiān)控通信系統(tǒng),采用 諾基亞 PDH產(chǎn)品,于1997年安裝并于當(dāng)年正式投入運(yùn)行。兩年多來(lái),系統(tǒng)性能穩(wěn)定,自動(dòng)化程度高,居國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平,在廣東增城地區(qū)電力網(wǎng)生產(chǎn)中發(fā)揮著重要作用,產(chǎn)生了良好的經(jīng)濟(jì)效益。
圖6為廣東增城電力光纖通信系統(tǒng)的架位圖,其中第1站和第2站相距1.5km，以單模光纖相連接。光纜鋪設(shè)采用架空式。圖中，DF2－8為2/8兆光線路終端;CO2/8為2/8兆切換盤;DM8為8兆復(fù)接器;DM2為2兆復(fù)接器;VF為音頻單元;DIU為數(shù)據(jù)接口單元;SUB/S為通路單元,用戶端;SUB/E為通路單元,交換端; RG為鈴流發(fā)生器。 圖7為系統(tǒng)的原理圖。電氣參數(shù)的測(cè)量在 T、T’ 端口進(jìn)行。光學(xué)參數(shù)的測(cè)量在G,G’端口進(jìn)行。
5測(cè)量結(jié)果
在廣東省電力局、電信局和廣東增城電力局等單位的協(xié)助下,對(duì)增城電力光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試,測(cè)試結(jié)果令人滿意。系統(tǒng)建設(shè)相當(dāng)成功。
6常用測(cè)量?jī)x器
(1)光時(shí)域反射計(jì),或稱后向散射儀。用于測(cè)量光纖長(zhǎng)度、斷點(diǎn)位置、光纖損耗以及光纖接頭損耗等，是光纖生產(chǎn)、施工和維修中不可缺少的儀器。
(2)誤碼儀,誤碼儀有時(shí)也和抖動(dòng)儀組裝在一起，稱為PCM傳輸特性分析儀，或簡(jiǎn)稱誤碼儀。用于測(cè)量或監(jiān)視系統(tǒng)的誤碼和抖動(dòng)。
(3)終端測(cè)試儀。能夠測(cè)量多路復(fù)用系統(tǒng)及其與數(shù)字交換設(shè)備連接的接口性能。
(4)光功率計(jì)。用于測(cè)量光纖中傳榆的光功率，是光纖通信科研、生產(chǎn)、施工和維修工作的必備設(shè)備。
(5)高頻示波器。光纖通信測(cè)量的必備儀器,用于測(cè)量信號(hào)時(shí)鐘和波形等。
(6)光源,在試驗(yàn)和測(cè)量中產(chǎn)生所需的光束。光源的波長(zhǎng)、譜寬、光功率必須達(dá)到測(cè)試要求。
(7)光纖熔接機(jī)。以熔接法(電弧放電式)永久性連接光纖的設(shè)備，是光纖通信科研、生產(chǎn)、施工和維修工作的必備工具。
參考文獻(xiàn)
1歐裕德.我國(guó)光纖通信的應(yīng)用與新進(jìn)展.光通信技術(shù),1997,21(1):6~11
2唐玉麟.國(guó)內(nèi)外光纖通信的發(fā)展.中國(guó)通信工業(yè)協(xié)會(huì)有線專業(yè)委員會(huì)專題報(bào)告，1997
3厲鼎毅.下一代光波傳輸系統(tǒng).1993年5月在桂林光通信研究所的講學(xué)記錄稿
4光纖通信系統(tǒng)通用規(guī)范.中華人民共和國(guó)電子行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)SJ20552-95，1997 0MHz
