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為例，討論了專用光纖通信系統的現場測量問題，介紹了實測中的常用測量儀器和使用方法。
關鍵詞:光纖通信 現場測量 準同步
1引言
進入90年代以來，我國光纖通信事業發展很快。1988年9月，全國光纖會議時統計，全國長途光纜干線總長為1 182千米。到1995年，全國長途光纜干線總長已達145 000千米［1 ］。 進入1993年以后，我國光纖通信已處于持續大發展時期［2］。其特征是大量新技術，特 別是網絡技術、高速介質接入網(HMAV)、光時分復用接入(OTMMA)和波分復用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、摻鉺光纖放大器(EDFA)、 SDH產品等開始實用化并開展大量、深入的研 究工作［3］。同時，各種專用光纖系統進入國民經濟各領域，促成了我國光纖通信技術 的蓬勃發展。面對光纖通信技術的普遍應用，了解光纖通信系統測量技術的現狀，無論是對光纖通信的業主、經銷商，還是對光纖通信的廣大用戶都是重要的。
目前，我國光纖通信技術的現狀是 PDH設備大量普及，SDH設備逐步推廣應用。因此，本文 所談的“光纖通信系統”是指 PDH光纖通信系統。 PDH光纖通信系統是光纖通信技術的一個重要發展階段。從光纖通信總的發展趨勢看， PDH傳輸設備將逐步為 SDH設備所取代。但是 ，由于歷史及投資等諸多原因,今后較長一段時期內，PDH設備還將有相當大的市場，特別是專用光纖通信網，PDH設備仍占主導地位。廣東增城電力光纖通信系統就是采用桂林。諾基亞PDH設備于1997年建造并投入使用的專用光纖通信系統。筆者曾在該系統的開發中進行了一系列的測試工作，其測試方法既簡便，又實用，可供同類系統的現場實測所借鑒。
2常用光纖通信系統
以 PDH設備構成的光纖通信系統是指圖1所示的一段光纖數字線路。圖1(a)表示無再生中繼器的系統。圖1(b)表示有再生中繼器的系統,再生中繼器的數目取決于系統的路由和長度。圖中，TT，為光端機與數字接口;S為緊靠光發送機或光中繼器輸出端的光纖端頭;R為緊靠光接收機或光中繼器輸入端的光纖端頭;Tx為光發送機;Rx為光接收機。
在一定的工作條件下,通常是對圖1中的光纖線路實際測量出或根據系統參數計算出 光纖通信系統的特性指標。
3常用光纖通信系統特性指標及測量方法
3.1誤碼特性
在數字傳輸系統中,當發送端發送二進制數字“1”碼時,接收端得到的是“0”碼,在發送端發送“0”碼時,接收端得到的是“1”碼。這種收發信的不一致,就叫做誤碼。誤碼必然造成 系統傳輸質量下降。系統的噪聲和脈沖抖動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為系統的誤碼率;M為出現誤碼的碼元數;N為傳輸碼流的總碼數,N=BT0;B為數字速率;T 0為規定的時間間隔。當N足夠大時,BER值才比較準確，因此,誤碼率是一個統計平均的結果。有時BER又叫平均誤碼率。
國際電信聯盟(ITU)對平均誤碼率沒有具體規定,但是它可以根據具體建議的劣化分和誤碼秒指 標計算出來,這里不贅述。中華人民共和國原電子工業部行業標準規定,對長度不超過420、2 80、50千米的高比特率光纜數字線路系統平均誤碼率 (BERav)≤1×10-11(連續測試 時 間不小于24小時)［4］。系統誤碼率優于1×10-9,屬正常通信;誤碼率大于1 ×1 0-6時,通信質量受到嚴重影響;當誤碼率大于1×10－３時,使音頻信號失真,使 數字信號失去信息，通信已無法維持。
3.1.2誤碼監測
誤碼監測采用誤碼儀。一般來說，用誤碼儀對系統進行誤碼測量時，有兩種方法：一種是中斷業務檢測；另一種是不中斷業務檢測。
(1)中斷業務檢測系統誤碼對于收發部分分裝的誤碼儀，只要將誤碼儀發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接口檢測即可實現誤碼檢測；
對于非分裝式誤碼儀，必須令系統組成自環傳輸系統，將誤碼儀發送部分的輸出接入系統輸入接口，將自環系統的輸出接入誤碼儀接收部分才能實現誤碼檢測。這兩種檢測方法都使系統業務中斷。
(2)非中斷業務檢測非中斷業務檢測用以隨時了解系統運行情況，以便在故障發生之前就檢測出來，或故障發生后及時判斷出故障的位置。非中斷業務檢測，是實用化系統必備功能之一。
非中斷業務檢測有碼結構違例檢測法、補碼檢測法、運行數字和法、非同步奇偶檢測法等等。
3.2抖動測量
3.2.1抖動性能指標
數字信號單元脈沖的有效瞬時對其理想時間位置的短時非積累性偏離叫做抖動，偏離的時間范圍叫做抖動幅度，偏離時間間隔對時間的變化率叫做抖動頻率。抖動是光纖數字通信系統的重要指標之一。 ITU-T對數字通信網的抖動指標有具體規定。
3.2.2抖動性能的測試框圖
原電于工業部行業標準規定的抖動測量有3個［４］:a.輸入抖 動容限的測試;b.抖動轉移特性的測試; c.無輸入抖動時的輸出抖動的測試。標準中給出了具體測試方法和參數指標，圖2為測試框圖。PCM傳輸特性分析儀也可以滿足抖動測試的要求。
抖動轉移特性可以在測得輸入信號的抖動幅度Jin和輸出口上測得 抖動幅度Jout(如圖2中虛線所示)之后計算出來。計算公式為：
Gj=20log(Jout/Jin)(dB)(2)
改變抖動發生器的頻率重復操作，可以得到一條抖動轉移特性曲線。無輸入抖動時的輸出抖動的測量也在圖2中的輸出口上進行。
3.3 輸出波形的測量
只要設備接口上的波形能符合要求，同一碼速不同型號的設備就能互連互通。因此，輸出波形的測量十分重要。ITU-T對各種碼速的接口波形都給出了明確的建議，見ITU-T G.703。圖 3給出了波形的測試方法。
圖3(a)為34.368Mb/s以下系統的測量方法,圖3(b)為34.368Mb/s以上系統的測量方法。測 量8．448Mb/s系統時,示波器帶寬≥100MHz,測量34.368Mb/s以上系統時,示波器帶寬≥30 0MHz。測量結果應使有效的所有“1”碼都符合相應接口脈沖樣板的要求。
3.4平均輸出光功率的測量
光端機的平均輸出光功率是指在正常工作條件下光端機輸出的平均光功率，在光源尾纖端面可以測到。一定的平均輸出光功率需根據系統線路參數選擇相應的設備，長距離光纖數字通信系統中要求有較大的平均輸出光功率,短距離光纖數字通信系統中要求較小的平均輸出光 功率。這是一個結合整個通信的經濟性、穩定性和維修性全面綜合考慮的技術指標。平均輸出光功率的測試方法如圖4所示。
本試驗的要點是光功率計必須在工作波長、靈敏度、最大探測功率和重復讀數差上滿足要求。平均輸出光功率與碼型發生器產生的碼型有關。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。這里的碼型發生器可以用PCM綜合參數測試儀代替。
3.5光接收靈敏度
光接收靈敏度是光端機的重要指標之一，它表示光端機在微弱輸入信號下保證正常通信的能力。圖5示出光接收靈敏度的測試方法。本試驗中主要使用誤碼檢測儀、碼型發生器、光衰 減器及光功率計等。
光接收靈敏度的單位是dBm,表示以1mW功率為基礎的絕對功率電平,計算公式為
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)計算出的光接收機靈敏度是負值。Pmin越小,Ps值越小,光接收 靈敏度越高,表示該接收機在很小的接收光功率條件下，就可保證系統所需要的誤碼率。
3.6動態范圍的測量
動態范圍表征光接收機對輸入信號光功率的承載能力，即在整個動態范因內，光接收機均能滿足誤碼率要求,動態范圍越大越好。動態范圍的測量框圖如圖5所示。在測到光接收機的最 小光功率之后,將光衰減器逐級減小,直到誤碼率達到規定值,用光功率計測得最大接收光功率Pmax。由式(5)可計算出系統的動態范圍:
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的實際測量
廣東增城電力光纖通信系統是桂林-諾基亞電信公司開發的電力網光纖監控通信系統,采用 諾基亞 PDH產品,于1997年安裝并于當年正式投入運行。兩年多來,系統性能穩定,自動化程度高,居國內先進水平,在廣東增城地區電力網生產中發揮著重要作用,產生了良好的經濟效益。
圖6為廣東增城電力光纖通信系統的架位圖,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8兆復接器;DM2為2兆復接器;VF為音頻單元;DIU為數據接口單元;SUB/S為通路單元,用戶端;SUB/E為通路單元,交換端; RG為鈴流發生器。 圖7為系統的原理圖。電氣參數的測量在 T、T’ 端口進行。光學參數的測量在G,G’端口進行。
5測量結果
在廣東省電力局、電信局和廣東增城電力局等單位的協助下,對增城電力光纖通信系統進行了現場測試,測試結果令人滿意。系統建設相當成功。
6常用測量儀器
(1)光時域反射計,或稱后向散射儀。用于測量光纖長度、斷點位置、光纖損耗以及光纖接頭損耗等，是光纖生產、施工和維修中不可缺少的儀器。
(2)誤碼儀,誤碼儀有時也和抖動儀組裝在一起，稱為PCM傳輸特性分析儀，或簡稱誤碼儀。用于測量或監視系統的誤碼和抖動。
(3)終端測試儀。能夠測量多路復用系統及其與數字交換設備連接的接口性能。
(4)光功率計。用于測量光纖中傳榆的光功率，是光纖通信科研、生產、施工和維修工作的必備設備。
(5)高頻示波器。光纖通信測量的必備儀器,用于測量信號時鐘和波形等。
(6)光源,在試驗和測量中產生所需的光束。光源的波長、譜寬、光功率必須達到測試要求。
(7)光纖熔接機。以熔接法(電弧放電式)永久性連接光纖的設備，是光纖通信科研、生產、施工和維修工作的必備工具。
參考文獻
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3厲鼎毅.下一代光波傳輸系統.1993年5月在桂林光通信研究所的講學記錄稿
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