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)場測量問題，介紹了實測中的常用測量儀器和使用方法。
關(guān)鍵詞:光纖通信 現(xiàn)場測量 準(zhǔn)同步
1引言
進(jìn)入90年代以來，我國光纖通信事業(yè)發(fā)展很快。1988年9月，全國光纖會議時統(tǒng)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(dá)145 000千米［1 ］。 進(jìn)入1993年以后，我國光纖通信已處于持續(xù)大發(fā)展時期［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(tǒng)進(jìn)入國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域，促成了我國光纖通信技術(shù) 的蓬勃發(fā)展。面對光纖通信技術(shù)的普遍應(yīng)用，了解光纖通信系統(tǒng)測量技術(shù)的現(xiàn)狀，無論是對光纖通信的業(yè)主、經(jīng)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(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)的一個重要發(fā)展階段。從光纖通信總的發(fā)展趨勢看， 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,今后較長一段時期內(nèi)，PDH設(shè)備還將有相當(dāng)大的市場，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)的開發(fā)中進(jìn)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(tǒng)的現(xiàn)場實測所借鑒。
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,通常是對圖1中的光纖線路實際測量出或根據(jù)系統(tǒng)參數(shù)計算出 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,接收端得到的是“0”碼,在發(fā)送端發(fā)送“0”碼時,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)定的時間間隔。當(dāng)N足夠大時,BER值才比較準(zhǔn)確，因此,誤碼率是一個統(tǒng)計平均的結(jié)果。有時BER又叫平均誤碼率。
國際電信聯(lián)盟(ITU)對平均誤碼率沒有具體規(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)計算出來,這里不贅述。中華人民共和國原電子工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定,對長度不超過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)測試 時 間不小于24小時)［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,通信質(zhì)量受到嚴(yán)重影響;當(dāng)誤碼率大于1×10－３時,使音頻信號失真,使 數(shù)字信號失去信息，通信已無法維持。
3.1.2誤碼監(jiān)測
誤碼監(jiān)測采用誤碼儀。一般來說，用誤碼儀對系統(tǒng)進(jìn)行誤碼測量時，有兩種方法：一種是中斷業(yè)務(wù)檢測；另一種是不中斷業(yè)務(wù)檢測。
(1)中斷業(yè)務(wù)檢測系統(tǒng)誤碼對于收發(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接口檢測即可實現(xiàn)誤碼檢測；
對于非分裝式誤碼儀，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現(xiàn)誤碼檢測。這兩種檢測方法都使系統(tǒng)業(yè)務(wù)中斷。
(2)非中斷業(yè)務(wù)檢測非中斷業(yè)務(wù)檢測用以隨時了解系統(tǒng)運(yùn)行情況，以便在故障發(fā)生之前就檢測出來，或故障發(fā)生后及時判斷出故障的位置。非中斷業(yè)務(wù)檢測，是實用化系統(tǒng)必備功能之一。
非中斷業(yè)務(wù)檢測有碼結(jié)構(gòu)違例檢測法、補(bǔ)碼檢測法、運(yùn)行數(shù)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(biāo)
數(shù)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(shù)字通信系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。 ITU-T對數(shù)字通信網(wǎng)的抖動指標(biāo)有具體規(guī)定。
3.2.2抖動性能的測試框圖
原電于工業(yè)部行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的抖動測量有3個［４］:a.輸入抖 動容限的測試;b.抖動轉(zhuǎn)移特性的測試; c.無輸入抖動時的輸出抖動的測試。標(biāo)準(zhǔn)中給出了具體測試方法和參數(shù)指標(biāo)，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(zhuǎn)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(fā)生器的頻率重復(fù)操作，可以得到一條抖動轉(zhuǎn)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(jìn)行。
3.3 輸出波形的測量
只要設(shè)備接口上的波形能符合要求，同一碼速不同型號的設(shè)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(tǒng)的測量方法,圖3(b)為34.368Mb/s以上系統(tǒng)的測量方法。測 量8．448Mb/s系統(tǒng)時,示波器帶寬≥100MHz,測量34.368Mb/s以上系統(tǒng)時,示波器帶寬≥30 0MHz。測量結(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。這是一個結(jié)合整個通信的經(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(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(fā)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(chǔ)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(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動態(tài)范圍的測量
動態(tài)范圍表征光接收機(jī)對輸入信號光功率的承載能力，即在整個動態(tài)范因內(nèi)，光接收機(jī)均能滿足誤碼率要求,動態(tài)范圍越大越好。動態(tài)范圍的測量框圖如圖5所示。在測到光接收機(jī)的最 小光功率之后,將光衰減器逐級減小,直到誤碼率達(dá)到規(guī)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(tǒng)的動態(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)的實際測量
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,系統(tǒng)性能穩(wěn)定,自動化程度高,居國內(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)的測量在 T、T’ 端口進(jìn)行。光學(xué)參數(shù)的測量在G,G’端口進(jìn)行。
5測量結(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,對增城電力光纖通信系統(tǒng)進(jìn)行了現(xiàn)場測試,測試結(jié)果令人滿意。系統(tǒng)建設(shè)相當(dāng)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(chǎn)、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(jiān)視系統(tǒng)的誤碼和抖動。
(3)終端測試儀。能夠測量多路復(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。用于測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(chǎn)生所需的光束。光源的波長、譜寬、光功率必須達(dá)到測試要求。
(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。
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