第五章光纤及光纤通信系统的测量

第五章光纤及光纤通信系统第五章光纤及光纤通信系统的测量的测量

5.1 光纤参数的测量

5.2 光端机的测量

第五章光纤及光纤通信系统的测量

• 本章主要讲述光纤参数的测量、光端机光接口和电接口的指标测量、光纤通信系统的指标测量．本章还介绍了各种参数及指标的有关概念和测量方法．

• 测量方法主要包括测量原理、测试方框图和测试步骤．


• 光纤需要测试的参数有许多，主要可分为以下几大类：1 ．几何特性参数包括光纤的纤芯直径、包层直径、纤

芯不圆度、包层不圆度、芯包同心误差等． 2 ．光学特性参数包括单模光纤的模场直径、截止波长

等，多模光纤的折射率分布、数值孔径等．3 ．传输特性参数包括衰减系数、单模光纤的色散系数、

多模光纤的带宽等．4 ．机械特性参数包括光纤的抗拉强度、疲劳因子等．5 ．温度特性参数包括衰减的温度附加损耗、时延温度

等，


• 光纤作为光纤通信的传输媒介，它的传输特性的好坏将直接影响系统的传输距离和通信容量．我们知道，传输特性主要涉及损耗和色散，因此，对于光纤参数的测量，主要介绍光纤的损耗和色散的测量．原CCITT 给出了光纤不同特性参数的测量方法，分为基准法和替代法．基准法是严格按照定义进行的测量方法；替代法是在某种意义上与定义相一致的测量方法．当两者测量结果有争议时，应以基准法为准．

5.1.1 光纤测量的注入条件单模光纤和多模光纤的注入条件是不同的，下面分别予以介绍． 1 ．多模光纤的注入条件• 当光耦合进多模光纤时，会激励起很多模式，这些模式所携带的能量各不

相同，传输时损耗也不相同，而且由于光纤的弯曲及结构的不均匀性等原因，使得各模式之间发生能量转换，经过相当长一段距离后，最终损耗较小的低阶模将携带较大光功率，而损耗较大的高阶模将携带较小光功率，于是各个模式携带和传送的光功率达到稳定，此时称为稳态模分布，因此对于多模光纤各参数的测量，只有在它达到稳态模分布之后才有意义。

• 能使多模光纤达到稳态模分布的注入条件有两种方式，分别为满注入和限制注入．所谓满注入就是要均匀地激励起所有的传导模式，而限制注入就是只激励起较低损耗的低阶模，而适当的抑制损耗较大的高阶模．

• 当测量光纤的损耗时，采用限制注入方式，因为损耗较大的高阶模的注入，会由于被测光纤长度不同而使输出光功率不同，从而产生测量误差；当测量光纤的色散时，则采用满注入方式，因为色散的测量是由光脉冲通过光纤传输后脉冲时间的展宽来确定的，如果采用限制注入，会使功率在不同模式上的分布产生较大变化，致使光脉冲的展宽程度不同，测量结果就不准确．

• 无论以上哪种注入方式，要达到稳态模分布需要配置的设备有：扰模器、滤模器和包模剥除器．


①扰模器• 要达到稳态模分布，需要在光纤中传输很长距离之后才行，这

给测量带来很多麻烦。根据模耦合原理，采用强烈的几何扰动的方法，就能使多模光纤中各模式迅速达到稳态分布，这种器件称为扰模器．常用的扰模器有多种，图 5-1(a)示出了其中一种．图中圆柱的直径和彼此的间距要通过实验确定．


②滤模器• 当光耦合进光纤时，会激起瞬态模或其他不需耍的传导模，为了测量准确，

要抑制掉这些模式，那么用来滤除这些模的器件称为滤模器．通常这些需滤去的模损耗都较大，如对光纤稍加弯曲，这些模很块就会衰减掉．图 5-l(b)为滤模器示意图，它是在光纤注入端，将光纤绕在一根圆柱上，圆柱的直径及所绕的圈数要由实验确定．


③包层模剥除器• 当光耦合进光纤时，不仅会激起传导模，还会激起非传导的辐射模辐射到包

层中。当光纤的涂敷层的折射率比包层的折射率低时，辐射模会在包层与涂敷层界面上发生全反射，从而在包层中传输，形成包层模．因为包层模会对测量产生严重影响，所以需要除去．用来消除包层模的器件称为包层模剥除器，图 5-l(c) 为包层模剥除器示意图，它是在光纤注入端，将一段光纤的涂敷层去掉后，浸在折射率稍大于包层折射率的匹配液中，需说明的是，当光纤的涂敷层的折射率高于包层的折射率时，就不会产生包层模，也就不需要包层模剥除器了．


2 ．单模光纤的注入条件• 单模光纤只传输基模一个模式，没有多模光纤中的稳态模分布的问题，所以它的注入条件只需能够激励起基模就行，所以它不需要扰模器，但是要用滤模器滤除光耦合进光纤时激励起的高阶模，还要用包层模剥除器除去包层模．

5.1.2 损耗的测量1 ．光纤损耗的含义• 如前所述，所谓光纤损耗，它是指光功率随着传输距离的增加而按

指数规律衰减。通常用衰减系数来表示，即单位长度光纤引起的光功率衰减称为衰减系数，符号为 α 。严格说来，在光纤的不同位置，α 不同，即应表示为 α （ z）。若 P(z1) 和 P(z2) 分别为光纤在z1 和 z2处的光功率（光由 z1 传向 z2），则它们的关系为

2

12 1 exp

z

zP z P z z dz (5-1)

但是，对于单模光纤或达到稳态模分布的多模光纤来说，可以认为 α(z) 与 z 无关．因此光纤的衰减系数定义为

1

2

10lg /P z

dB kmL P z

(5-2)

式中， L=z2-z1 衰减系数越大，光纤的损耗越大，反之亦然．

5.1.2 损耗的测量

2 ．光纤损耗的测量方法• 根据原 CCITT规定，衰减系数的测量方法以截断法为基准法，插入法和后向散射法为替代法．

(1) 截断法• 截断法是一种测量精度最好的方法，但其缺点是要截断光纤．

截斯法的测量方框图如图 5-2 所示．


• 测量步骤如下：• 取一条被测的长光纤接人测量系统中，并在图中“ 2"点位置用

光功率计测出该点的光功率 P(z2) ．然后，保持光源的输入状态不变，在离被测光纤输入端 2m 的“ 1"点处，将光纤截断，测量“ 1”点处的光功率 P(z1) ．知道了“ 1” ，“ 2”点间的距离 z2-z1 ，将它以及 P( Zl) ， P(z2) 值代入式 (5-2)中，即可算出这段光纤的平均衰减系数．

5.1.2 损耗的测量(2)插入法• 插入法具有非破坏性和使用简便的特点．插入法的测量方框图如图 5-3

所示．• 测量步骤如下：• 先将 1,2 两点用一短光纤相连，短路光纤损耗可近似为 0 ，此时测出功

率 P1 就相当于是发送部分的入纤光功率．然后再将被测光纤连到“ l" ，“ 2" 之间，此时测出功率 P2 就是被测光纤的出纤光功率，如果被测光纤总长为 Lkm ，则全长光纤的平均衰减系数为

1

2

10lg

/

P

PdB km

L (5-3)

需要说明的是，测试中活动连接器的质量可能会影响测试精度


(3) 后向散射法• 后向散射法具有非破坏性和可单端测试的特点． ①测量原理• 如果在光纤的输入端射入一个强的光窄脉冲，这个光窄脉冲在光纤内传输时，由于光纤内部的不均匀性将产生瑞利散射（当然，遇到光纤的接头，甚至于断点也要产生散射）．这种散射光有一部分沿光纤返回，向输入端传输，这种连续不断向输入端传输的散射光称为后向散射光．靠近输入端的光波传输损耗少，散射回来的信号就强，离输入端远的地方光波传输损耗大，散射回来的信号就弱．


• 下面具体推导如何从后向散射光中提取出衰减信号．• 设光波由光纤的输入端传到 z点，再由 z点散射后，部分光波返回输入端。

严格说来，由于光纤轴向的非均匀性，光纤各点对光波的损耗不同，因而衰减系数应是 z 的函数．设正向传输时的衰减系数为 αi(z) ，反向传输时的衰减系数为 αs(z) ．如果令输入光纤的光功率为 P0 ，传到 z点时，由于损耗光功率变为 P(z) ，则有

0 0( ) exp ( )

z

iP z P z dz (5-4)

在 z点发生散射后，一部分光返回成为后向散射光，这部分光功率与 P(Z) 的比值成为后向散射系数，用 s表示．后向散射光传输到光纤输入端，由于反向衰减，此时的光功率变为 Ps(z) ，它表示的是在 z点的散射光返回到输入端的光功率．它的表示式为

0

0( ) exp ( )S szP z S P z dz (5-5)


将式 (5-4) 代人式 (5-5) ，则有

0 0( ) exp{ [ ( ) ( )] }

z

S i SP z S P z z dz （ 5-6)

0

1( ) [ ( ) ( )]

2

z

i Sz z z dzz

如果取光纤从 0→z 的平均衰减系数为 α（ z），则有

(5-7)

将式 (5-7) 代人式 (5-6) ，则有

0( ) exp[ 2 ( ) ]SP z S P z z

由此可以得出被测光纤中任意两点 z1 ， z2 间的平均衰减系数为

11 2

2 1 2

( )5, lg

( )s

s

P zz z

z z P z

( （ 5-8)

(5-9)


• 由式 (5-9) 可知道，只要能测出 z1 ， z2点散射光返回的光功率以及 z1 ， z2 间的距离，就可算出平均衰减系数 α （ z1,z2）．通常依据这种原理进行的损耗测量是由光时域反射计来完成．


②光时域反射计原理方框图• 光时域反射计简写为 OTDR ，它的原理方框图如图 5-4

所示．Âö³å·¢ÉúÆ÷

Ö÷Ê±ÖÓ

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ÐÅºÅ´¦Àí

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图 5-4 0TDR 原理方框图


• 图中的主时钟产生标准时钟信号；脉冲发生器根据这个时钟产生符合要求的窄脉冲，并用它来调制光源；光方向耦合器将光源发出的光，耦合到被测光纤，同时将散射和反射信号耦合进光电检测器，再经放大及信号处理后送人示波器显示输出波形及在数据输出系统输出有关数据。其中要进行信号处理的原因是，后向散射光非常微弱，淹没在一片噪声中，因此，要用取样积分器，在一定时间间隔内，对微弱的散射光波取样并求和。在这个过程中，由于噪声是随机的，在求和时抵消掉了，从而将散射信号取出。


• 一条有代表性的测量曲线如图 5-5 所示．下面以它为例，说明光纤中可能出现的衰减情况。

图中， A点为光纤输入端，在此端面上光发生菲涅尔反射，而且信号最强；曲线在 B点有一突降，说明光纤在此处有一个接头或其他缺陷，引起对光波的大幅度衰减；曲线在c点突然上升，说明光纤在此处有一个断裂面或其他缺陷引起菲涅尔反射； D点为光纤输出端，在此端面上同样发生菲涅尔反射，之后信号消失．

A-B 段与 B-C 段的曲线都是逐渐降低且近乎直线，说明这两段光纤的轴向衰减是均匀的．只是 B-C 段曲线下降更平缓一些，说明这段光纤比前段光纤衰减系数要小． C-D 段曲线不是直线，说明这段光纤轴向结构不太均匀．

由上所知，用光时域反射计可以很方便地测出光纤的损耗情况．

5.1.3 色散的测量

1 ．光纤色散的含义• 数字信号在光纤中传输时是由不同的频率成分或不同的模

式成分来携带的．这些不同的频率成分或模式成分有不同的传输速度，当它们在光纤中传输一段距离后将互相散开，于是光脉冲展宽，这种现象称为色散．

• 光纤的色散可以从光纤的时域特性和频域特性两方面来描述．光脉冲波形在时间上发生了展宽实际上是从时域特性来描述了光纤的色散效应．而光纤的频域特性，则是把光纤看作一个传输“网络”，由于网络总是有一定带宽的（不是无穷宽），所以就用光纤的频带宽度来从频域特性描述光纤的色散效应．

5.1.3 色散的测量2 ．多模光纤的带宽及测量方法• 由上可知，光纤带宽与脉冲展宽在实质上是一致的，下面进行具体分析．• 假设光纤输入、输出端脉冲波形都近似为高斯分布，如图 5-6 所示，图中

(a) 是输入光脉冲波形，幅度为 A1 ， A1/2 对应的宽度△ τ1 为此脉冲波形宽度． (b) 是输出光脉冲波形，幅度为 A2 ， A2/2 对应的宽度△ τ2 为此脉冲波形宽度，经证明，脉冲通过光纤后的展宽△ τ 与其输入、输出波形宽度△ τ1, τ2△ 的关系为

2 22 1( ) ( ) (5-10)

P in ( t )

A 1

0

1

t

(a)

P out ( t )

A 2

0

2

t

(b)

21A

21A

图 5-6 光纤输入、输出端光脉冲波形


• 如果与图 5-6(a) 对应的频谱函数为 Pin （ f）， (b) 对应的频谱函数为 Pout （ f），则光纤的频率响应特性 H（ f）为

• 当上式等于 1/2 时对应的频率称为光纤的带宽，用 fc表示，即

• 所以 fc 是光纤的 3dB 光带宽。也称为光纤的 6dB 电带

宽

( )( )

( )out

in

P fH f

P f

110lg ( ) 10lg 10lg 3

2out c

cin c

P fH f dB

P f

(5-11)

(5-12)


• 系统设计经常用到的光纤的基带带宽 B既是 fc 。带宽 B 和脉冲展宽△ τ 间的关系如下所示。

441B

（ 5-13）

式中， B 的单位为 MHz ，△ τ 的单位为 ns 。可见，知道△ τ 后，根据上式即可求得光纤带宽。

根据以上对光纤带宽的分析，可以从时域和频域两个角度来对它进行测量，对应的方法分别是时域法和频域法。这两种测量方法也是原 ITU-T规定的基准测试方法。


（ 1）时域法• 时域法是通过测量光纤中的脉冲展宽进而计算出光纤带宽的一种测量方法。它的测

试方框图如图 5-8 所示。测试步骤如下：• 先用一脉冲发生器去调制光源，使光源发出极窄光脉冲信号，且使其波形尽量接近

高斯分布。注入系统采用“满注入”方式，将符合要求的光信号耦合进光纤。首先用一根短光纤将“ 1” ，“ 2" 两点相连，即用短光纤的输出信号来代替被测光纤的输入信号，这时从示波器中得到的波形相当于 Pin(t) ，并测量它的宽度△ τ1 。然后再将被测光纤连到 1” ，“ 2" 两点之间，此时从示波器中得到的波形为 Pout(t) ，并测量它的宽度△ τ2 。将△ τ1, τ2△ 代入式（ 5-10）和式（ 5-13），即可算出带宽 B 。

Âö³å·¢ÉúÆ÷ ¹âÔ´ ÈÅÄ£Æ÷ 1 2 ¹â¼ì²â

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图 5-8 时域法光纤带宽测试方框图


(2)频域法• 频域法是指当光纤传输已调制的光波时，在光纤输出端经

光电检测器转换，并用频谱分析仪读出电信号幅值，当信号幅值的电平值下降 6 dB 时所对应的频率即是光纤带宽．它的测试方框图如图 5-9 所示．

É¨Æµ·¢ÉúÆ÷ ¹âÔ´ ÈÅÄ£Æ÷ 1 2 ¹â¼ì²â

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图 5-9频域法光纤带宽测试方框图


• 由扫频信号发生器输出一个幅度不变而频率连续可调的正弦电信号，用它对光源进行强度调制，得到幅度相同而频率变化的光正弦信号，注入系统采用“满注入”方式，将符合要求的信号耦合进光纤．先将“ 1" ，“ 2" 两点用短光纤相连，用短光纤的输出信号代替被测光纤的输入信号．此信号经光电检测器变为电信号，送给频谱分析仪，得到随不同调制频率变化而变化的输入功率 PI1(f) ．再将“ 1” ，“ 2" 两点用被测光纤相连，此时从频谱分析仪中得到随不同调制频率变化而变化的输出功率 PI2(f) ．将 PI2(f)- PI1(f) 得到被测光纤的幅频特性曲线如图5-7 所示．曲线上的一 6dB 所对应的频率即为光纤的带宽．


3 ．单模光纤的色散系数及测量方法• 由于单模光纤中只存在频率色散，所以此时的色散与光源谱宽密切相关，

光源的谱宽越窄，光纤的色散越小，带宽越宽，传输的信息量越大．通常我们用色散系数来反映单模光纤色散大小。

• 色散系数 D 通常用单位波长间隔内的光波，走过单位长度光纤后产生的平均时延差来表示。其定义是，在波长 λ 下，若经过单位长度光纤后产生的时延差为 τ(λ) ，则

( )/ ( )

dD ps nm km

d

(5-14)

它的单位表示光源谱宽为 lnm 时，经过 1 km 单位长度光纤的脉冲展宽值是多少 ps ．


• 即然色散系数与光纤带宽都能描述光纤色散，则由式 (5-13) 可得出它们的关系为

441(5 15)B

D

式中， B 为单位光纤带宽，单位为 GHz ． km;D 为色散系数，单位为 pS ／ nm ． km，△ λ 为光源的谱线宽度，单位为 nm 。


(1) 相移法• 不同波长的信号经过相同光纤传输后，因时延

不同而表现出相位移动的不同．相移法就是通过测量经同一正弦信号调制后的不同波长的光信号，经光纤传输后产生的相移差别来确定群时延与波长的关系，进而导出色散系数的一种方法．


①测量原理• 设正弦调制信号的频率为 f(MHz) ，被测光纤长度为 L(km) ，输入

信号的不同波长分别为 λ1 ， λ2 ，… λn ，又记为 λi（ i=1,2 ，… ,n ） . 为了测量方便，设一个参考光波长为 λf ，则对于输入不同波长的信号经过光纤传输后产生的相移差都是相对于参考波长而言．设 λi 和 λf 间经光纤传输后的时延差为△ ti ，相移差为△ φi ．通过测量，得到△ φi ，又因为

于是，每公里的平均时延差为这样，通过测量不同波长 λi 下的△ φi ，根据上式计算出一组 τi~λi

值，然后按不同光纤的群时延公式 τ （ λ）进行曲线拟合，从而求出公式中的有关系数，进而求得该光纤的色散系数 D ．

610(5 16)

2i

it psf

/ (5 17)ii

tps km

L


②测量装置• 图 5-10示出了用相移法测量色散系数的一种装置


(2) 脉冲时延法• 脉冲时延法就是通过测量经同一窄脉冲调制后

的不同波长的光信号，经光纤传输后产生的时延差，然后直接按定义计算出色散系数，由于信号经光纤传输后会发生脉冲展宽，所以只有用足够窄的窄脉冲调制信号，在接收端才能把两个不同波长的信号区分开．


①测量原理• 设被测光纤长度为 L(km) ，输入信号的不同波长分别为 λ1 ， λ2 ，… λn ，记

为 λi（ i=1,2 ，… ,n ） . ．为了测量的需要，找一个参考光波长 λf ，这样，输入不同波长的信号经过光纤传输后产生的时延差都是相对于参考波长而言．设入 i 和 λf 间经光纤传输后的时延差为△ ti ，则通过示波器观测到的△ ti ，如图5-11 所示．于是，单位长度的平均时延差为

• 到此之后可与相移法一样，求得色散系数．

/ii

tps km

L


②测量装置• 图 5-12示出了用脉冲时延法测量色散系数的

一种装置

5.2 光端机的测量

• 一个完整的光纤通信系统的具体组成如图 5-13所示

• 光端机的测试指标分成两大类，一类是光接口指标，另一类是电接口指标．

5.2.1 光接口指标与测试

1 ．平均发送光功率(1)平均发送光功率的含义• 平均发送光功率是指在光端机正常工作条件下输出的平均光功率，即光源尾纤输出的平均光功率．平均发送光功率的功率值用PT （ μW）表示，电平值用 LT( dBm)表示，光功率值与电平值之间的关系是：

(5-18)• 一般把 dBm 作为平均发送光功率的单位 .• 平均发送光功率与光源类型、标称波长、传输容量、光纤类型有

关．• 对于一个实际的光纤通信系统，平均发送光功率并不是越大越好．虽然，从理论上讲，发送光功率越大，通信距离就越长，但光功率太大会使光纤工作在非线性状态，这种非线性效应会对光纤产生不良影响，所以 PT 应有合适的数值．

310lg 10T TL P


(2) 测试方法• 平均发送光功率的测试方框图如图 5-14 所示．


• 具体测试步骤如下：①如图 5-14 所示，将误码仪、光功率计与光端机连接．其中光纤测试线将光端机输出活动连接器与光功率计输入活动连接器相连．②误码仪发送符合要求的伪随机测试信号．③读取光功率计上的数值即是平均发送光功率，• 说明： ①平均发送光功率与注入光源的电流大小有关，测试时

的注入电流应是系统正常工作时的注入电流，②平均发送光功率与 PCM 信号的码型有关，就目前的

NRZ码和 50%占空比的 RZ码相比，前者比后者的平均发送光功率大 3 dB 。


(l)消光比的含义• 消光比是指输入光端机的信号为全“ 0”码时与全“ l”码

时，光端机的平均发送光功率之比，用 EXT表示，即 (5-19) • 我们知道输入光端机的信号一般是伪随机码，它的“ 0”码和“ 1”码是等概率的，因此，一般光端机的平均发送光功率 PT （ μW）应是全“ 1”码时光端机的平均发送光功率 P1 （ μW）的 1/2 ，故式 (5-19) 可写成

(5-20)

0

1

PEXT

P

0

2 T

PEXT

P


(2) 测试方法• 消光比的测试方框图与图 5-14 一样．• 前三项的测试步骤与平均发送光功率的测试步骤一致，再接着测量全“ 0"码时光端机的平均发送光功率．但是由于光端机中有扰码电路，若直接向光端机输入全“ 0” 测试信号，实际上调制光源的信号并不是全“ 0”码．所以测试时，要将光端机的输入信号断掉，以使调制光源的信号为全“ 0” ．一般是将光端机中的编码盘拨出，此时光功率计上的读数即是全“ 0”码时光端机的平均发送光功率 P0(μw) ，再根据式 (5-20)计算，即得消光比值．


3 ．接收机灵敏度(l) 接收机灵敏度的含义• 接收机灵敏度是指在满足给定误码率条件下，

光端机能够接收到的最小平均光功率．接收机灵敏度的功率值用 Pmin （ μW）表示，电平值用 LR(dBm)表示，一般把 dBm 作为接收机灵敏度的单位．


(2) 测试方法• 接收机灵敏度的测试方框图如图 5-15 所示．

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• 具体测试步骤如下： ①按图 5-15 所示连接电路．②逐渐加大光可变衰减器的衰减量，即表示光端机接收到的光功率逐渐减小，

这时码仪检测到的误码率逐渐增加，直到出现规定的误码率， ③从 R点断开光端机的连接器，用光纤测试线将光功率计接到光衰减器的输

出端，读取光功率计上的数值，即是光端机能接收的最小光功率．• 说明：①不同系统对误码率 BER 的要求不同，所以测试不同系统的光接收机灵敏度

时的 BER 应符合各个系统对 BER 指标的要求． ②误码率的观测是需要一定时间的，因为误码率是一个统计平均值，只有当测

试时间足够长时，测试结果才能准确，且测试时间与系统码速及误码率有关，码速越高， BER越大，所需测试时间越短，

③测试中的光可变衰减器代替了实际系统中的长光纤，从而忽略了光纤色散对灵敏度的影响．所以在实际系统中，应估算光纤色散对灵敏度的影响．


4 ．动态范围(1)动态范围的含义• 是在满足给定误码率条件下，光端机能接收到的最大光功

率电平值与最小光功率电平值之差．若最大光功率的功率值用 Pmax （ μW）表示，电平值用 LR(dBm)

表示，则动态范围 D 用公式表示为（ 5-21）或（ 5-22）

R RD L L dB

max

min

10lgP

DP


(2) 测试方法• 动态范围的测试方框图与图 5-15 一样．• 前三项的测试步骤与接收机灵敏度的测试步骤一致，再接着测

量光端机的最大接收光功率．具体步骤如下： ④将光可变衰减器的输出端接回到光端机的 R点，逐渐减小光衰

减量，使光端机接机接收到的光功率逐渐增大，光功率过大，同样会产生误码，这时误码率开始增大，继续减小光衰减量，使误码率增大到规定的误码率值，并维持一段时间．

⑤再将光功率计接回到光衰减器的输出端，读取光功率计上的数值，即是光端机能够接收到的最大光功率，

⑥根据光功率计上的数值单位是 dBm 或 μW ，按式 (5-21)或式(5-22)计算，即得动态范围值．

5.2.2 电接口指标与测试

• 电接口的指标应符合 ITU-T 的有关建议要求1 ．一般指标与测试(1)比特率及容差①比特率及容差的含义• 比特率是指在单位时间内（通常为 1s）传送的比特数，由于信号衰减、抖动及其他影响，实际传送数字信号的比特率与标称比特率之间会有些差别．当差别在一定范围内变化时，光端机仍能正确接收传输信号而不产生误码，这种差别的允许范围即为容差．表 5-1 给出了数字信号标称比特率及容差．

表 5-1 各级电接口标称比特率及容差


②测试方法• 先以输人口比特率及容差的测试为例，测试方框图如图 5-16 所示，测试

时，需测出输入口所能承受的比特率的正偏和反偏的极限．具体测试步骤如下：

a．按图 5-16 所示连接电路，其中光可变衰减器用以代替长光纤．b．码型发生器发出规定标称比特率的测试信号．c．调高码型发生器的比特率，直到在误码检测器上出现误码，此时的比特

率为 b1 ．d．调低码型发生器的比特率，直到在误码检测器上出现误码，此时的比特

率为 b2 ．e ． b1 ， b2 分别与标称比特率之间的差值就是正、负方向的容差 .


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S

R

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图 5 - 16 输人口比特率及容差测试方框图


(2)反射损耗①反射损耗的含义• 当传输电缆与光端机相连时，若连接点处阻抗不匹配，就会产生反射损

耗．即当传输电缆的特性阻抗 Zc 与光端机接口处的阻抗 ZX 不相等时，就会在光端机接口处产生反射．反射信号与入射信号叠加，使光端机接口处的信号失真，以致造成误码．这里用 bp 来表示反射损耗，它的定义式为

120lgpb

其中 X C

X C

Z Z

Z Z

一般 ZC=75 Q ．由上式可知，当 ZX=ZC 时， ρ=0 ，表示没有反射信号；当 ZX≠ZC 时 , 则将引起反射．若反射功率为 Pr （ μW），入射功率为 P0 （ μW），则式 (5-23) 也可写为

0

0

10lg

( ) ( )

pr

r

Pb

P

L dBm L dBm dB

（ 5-23）

(5-24)


• 对于实际的光端机，电接口不可能完全阻抗匹配，为了保证系统正常工作 ,反射衰减应达到规定值．表 5-2 给出了一、二、三次群电接口对输入口提出的反射损耗，四次群电接口对输入和输出口提出的反射损耗的要求．

表 5-2 电接口反射损耗指标

5.2.2 电接口指标与测试②测试方法• 光端机输人口与输出口反射损耗的测试方法相同．现以输人口为例测试反射损耗．

它的测试方框图如图 5-17 所示．具体测试步骤如下： a．按图 5-17 所示连接电路，其中，振荡器发出测试所需的电信号， 75 Ω反射电桥提供标准 75 Ω阻抗，选频表用来测试某一频率下的电信号功率电平值．

b．先断开 ZX ，调整振荡器输出，此时选频表的指示电平即入射功率 Lo(dBm) ． c．将 ZX 接在反射电桥上，此时电平表指示电平即为反射功率 Lr(dBm) ． d．计算反射损耗 bp= Lo 一 Lr(dB) ．

Õñµ´Æ÷

75 ·´ÉäµçÇÅ

Ñ¡Æµ±í

75 µç×è

Z X

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½ÓÊÕ

图 5-17 电接口反射损耗测试方框图


2 ．输入口指标与测试 (l) 输人口允许衰减 ①输人口允许衰减的含义• 信号由电端机经过一段电缆送人光端机时，电缆对信号有一定的衰减，这就要求光端机在接收这种信号时仍不会发生误码，这种光端机输人口能承受一定传输衰减的特性，用允许衰减来表示．


②测试方法• 输入口允许衰减的测试方框图如图 5-18 所示，具体测试步骤如下： a．按图 5-18 所示连接电路．其中，输入口连接电缆对信号的衰减符合衰

减规律．长光纤可用光可变衰减器代替．b．误码仪发送规定测试信号．c．使连接电缆的衰减按表 5-3 所要求的允许衰减范围内变化，以误码检测器检测不到误码时的衰减值为测试结果．


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图 5 一 18 输人口允许衰减测试方框图

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表 5-3 输入口允许的连线衰减和抗干扰能力


(2) 输入口抗干扰能力 ①输入口抗干扰能力的含义• 对光端机而言，由于数字配线架和上游设备输

出口阻抗的不均匀性，会在接口处产生信号反射，反射信号对有用信号来说是个干扰信号．通常把光端机在接收被干扰的有用信号后仍不会产生误码的能力称为输入口的抗干扰能力，因此，常用有用信号功率与干扰信号功率之比表示抗干扰能力的大小 .


②测试方法• 输入口抗干扰能力的测试方框图如图 5-19 所示，具体测试步骤如下：a．按图 5-19 所示连接电路．其中，混合网络将有用信号和干扰信号合并起

来，光端机输入口处符合衰减规律的电缆的衰减范围按表 5-3选取，长光纤可用光可变衰减器代替。

b．误码仪的码型发生器发出规定的测试信号作为有用信号，干扰源发出干扰信号．

c．调节干扰支路的衰减嚣，使信号／干扰比的取值如表 5-3 所列，那么以误码检测器检测不到误码为测试结果．

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图 5 一 19 输人口抗干扰能力测试方框图


3 ．输出口指标与测试(1) 输出口脉冲波形①脉冲波形样板• 为使各厂家生产的不同型号的设备能彼此相连，就要求这些设备的接口波形必须符合 ITU-T提出的要求，即符合 G.703建议中的脉冲波形样板，其图形如图 5-20~ 图 5-23 所示。

• 可见，接口码速不同，对脉冲波形的要求不同，每种波形的脉冲宽度及幅度、上升、下降时间、过冲程度等都有严格规定．但只要设备的接口波形在样板斜线范围内，则同一码速的不同型号的设备就能互连．

5.2.2 电接口指标与测试269 ns

(244£«25)

194 ns(244£ 50)

20%

20%

10%

10%

U £½100%

50%

0%

10%

10%

20%

244 ns

219 ns

(244£ 25) 10%

10%

488 ns

(244£«244)CCITT - 32540

±ê³ÆÂö³å

×¢£ºU ¶ÔÓ¦ÓÚ ±ê³Æ·åÖµ

(a)

69 ns

(59£«10)

35 ns(59£ 24)

0.47

40.

474

0.23

70.

237

2.370

59 ns

1.185

49 ns

(59£ 10)

100 ns(59£«41)

±ê³ÆÂö³å

0.23

70.

237

0

0.47

4

118 ns

(59£«59) CCITT - 32560

0.23

70.

237

(b)

U

17 ns

(14.55£«2.45)

0.2

0.2

0.1

0.1

8.65 ns

14.55 ns

0.5

1.0

U

0.1

0.10

0.2

24.5 ns(14.55£«9.95)

12.1 ns

(14.55£ 2.45)

0.1

0.1

29.1 ns

(14.55£«14.55)

(c)

T £½7.18 ns

0.60V0.55V0.50V0.45V

0.40V1 ns

0.06 V

±ê³ÆÁãµçÆ½£ 0.05 V

£ 0.40 V£ 0.45 V£ 0.50 V£ 0.55 V£ 0.60 V

1ns

1.795 ns 1.795 ns

1ns

Ã¿¶Î0.1ns Ã¿¶Î0.35ns

1.79 ns

±ê³ÆÂö³å

1 ns 1 ns

Ã¿¶Î0.1ns

1 ns

µ¥Î»¼ä¸ôÖÐÐÄ´¦µÄÕýÏò×ª»»

¸ºÏò×ª»»

(d)

±ê³ÆÂö³å

1.795 ns

图 5-20 2048kbit/s 接口脉冲样板图 5-21 8448kbit/s 接口脉冲样板

图 5-22 34368kbit/s 接口脉冲样板


(a) 对应于二进制“ 0” 的脉冲样板


0.60 V0.55 V0.50 V0.45 V 1ns0.40 V

0.05 V±ê³ÆÁãµçÆ½£ 0.05 V

Ã¿¶Î0.1ns

3.59 ns 3.59 ns1.35 ns 1.35 ns

1 ns

1.795 ns£ 0.40 V£ 0.45 V£ 0.50 V£ 0.55 V£ 0.60 V ¸ºÏò×ª»» ÕýÏò×ª»»

1.79 ns1 ns

Ã¿¶Î0.5ns

±ê³ÆÂö³å

1 ns

T £½7.18 ns

(e)


(b) 对应于二进制“ 1” 的脉冲样板


②测试方法• 输出口脉冲波形的测试方框图如图 5-24 所示，具体测试步骤如下：a．按图 5-24 所示连接电路，其中示波器与光端机输出口连接时，要用 75 Ω 电阻匹配，带宽要足够大，尤其是当系统码速为 139. 26 Mlbit/s 时，还要用一个电容作交流耦合．

b．断开输入信号，此时示波器的水平扫描线作为波形样板的标称零电位，c．再接上码型发生器，并使之产生规定的伪随机码测试信号，此时示波器的波形

应满足规定的脉冲样板波形．


ÎóÂë¼ì²â

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½ÓÊÕ

Ê¾²¨Æ÷

75 µç×è

C


图 5-24 输出口样板波形测试方框图

误码仪光端机

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第五章 光纤及光纤通信系统的测量

第五章光纤及光纤通信系统的测量