陆 迪
(桂林-诺基亚电信有限公司桂林541004)
摘要:以广东增城电力光纤通信系统为例，讨论了专用光纤通信系统的现场测量问题，介绍了实测中的常用测量仪器和使用方法。
关键词:光纤通信 现场测量 准同步
1引言
进入90年代以来，我国光纤通信事业发展很快。1988年9月，全国光纤会议时统计，全国长途光缆干线总长为1 182千米。到1995年，全国长途光缆干线总长已达145 000千米［1 ］。 进入1993年以后，我国光纤通信已处于持续大发展时期［2］。其特征是大量新技术，特 别是网络技术、高速介质接入网(HMAV)、光时分复用接入(OTMMA)和波分复用接入(WDMA)、光孤子(soliton)、掺铒光纤放大器(EDFA)、 SDH产品等开始实用化并开展大量、深入的研 究工作［3］。同时，各种专用光纤系统进入国民经济各领域，促成了我国光纤通信技术 的蓬勃发展。面对光纤通信技术的普遍应用，了解光纤通信系统测量技术的现状，无论是对光纤通信的业主、经销商，还是对光纤通信的广大用户都是重要的。
目前，我国光纤通信技术的现状是 PDH设备大量普及，SDH设备逐步推广应用。因此，本文 所谈的“光纤通信系统”是指 PDH光纤通信系统。 PDH光纤通信系统是光纤通信技术的一个重要发展阶段。从光纤通信总的发展趋势看， PDH传输设备将逐步为 SDH设备所取代。但是 ，由于历史及投资等诸多原因,今后较长一段时期内，PDH设备还将有相当大的市场，特别是专用光纤通信网，PDH设备仍占主导地位。广东增城电力光纤通信系统就是采用桂林。诺基亚PDH设备于1997年建造并投入使用的专用光纤通信系统。笔者曾在该系统的开发中进行了一系列的测试工作，其测试方法既简便，又实用，可供同类系统的现场实测所借鉴。
2常用光纤通信系统
以 PDH设备构成的光纤通信系统是指图1所示的一段光纤数字线路。图1(a)表示无再生中继器的系统。图1(b)表示有再生中继器的系统,再生中继器的数目取决于系统的路由和长度。图中，TT，为光端机与数字接口;S为紧靠光发送机或光中继器输出端的光纤端头;R为紧靠光接收机或光中继器输入端的光纤端头;Tx为光发送机;Rx为光接收机。
在一定的工作条件下,通常是对图1中的光纤线路实际测量出或根据系统参数计算出 光纤通信系统的特性指标。
3常用光纤通信系统特性指标及测量方法
3.1误码特性
在数字传输系统中,当发送端发送二进制数字“1”码时,接收端得到的是“0”码,在发送端发送“0”码时,接收端得到的是“1”码。这种收发信的不一致,就叫做误码。误码必然造成 系统传输质量下降。系统的噪声和脉冲抖动是造成误码的主要原因。
3.1.1误码率估算
误码率定义为:
BER=M/N（１）
式中,BER为系统的误码率;M为出现误码的码元数;N为传输码流的总码数,N=BT0;B为数字速率;T 0为规定的时间间隔。当N足够大时,BER值才比较准确，因此,误码率是一个统计平均的结果。有时BER又叫平均误码率。
国际电信联盟(ITU)对平均误码率没有具体规定,但是它可以根据具体建议的劣化分和误码秒指 标计算出来,这里不赘述。中华人民共和国原电子工业部行业标准规定,对长度不超过420、2 80、50千米的高比特率光缆数字线路系统平均误码率 (BERav)≤1×10-11(连续测试 时 间不小于24小时)［4］。系统误码率优于1×10-9,属正常通信;误码率大于1 ×1 0-6时,通信质量受到严重影响;当误码率大于1×10－３时,使音频信号失真,使 数字信号失去信息，通信已无法维持。
3.1.2误码监测
误码监测采用误码仪。一般来说，用误码仪对系统进行误码测量时，有两种方法：一种是中断业务检测；另一种是不中断业务检测。
(1)中断业务检测系统误码对于收发部分分装的误码仪，只要将误码仪发送部分的输出接入图1中的T接口，用误码仪接收部分在T接口检测即可实现误码检测；
对于非分装式误码仪，必须令系统组成自环传输系统，将误码仪发送部分的输出接入系统输入接口，将自环系统的输出接入误码仪接收部分才能实现误码检测。这两种检测方法都使系统业务中断。
(2)非中断业务检测非中断业务检测用以随时了解系统运行情况，以便在故障发生之前就检测出来，或故障发生后及时判断出故障的位置。非中断业务检测，是实用化系统必备功能之一。
非中断业务检测有码结构违例检测法、补码检测法、运行数字和法、非同步奇偶检测法等等。
3.2抖动测量
3.2.1抖动性能指标
数字信号单元脉冲的有效瞬时对其理想时间位置的短时非积累性偏离叫做抖动，偏离的时间范围叫做抖动幅度，偏离时间间隔对时间的变化率叫做抖动频率。抖动是光纤数字通信系统的重要指标之一。 ITU-T对数字通信网的抖动指标有具体规定。
3.2.2抖动性能的测试框图
原电于工业部行业标准规定的抖动测量有3个［４］:a.输入抖 动容限的测试;b.抖动转移特性的测试; c.无输入抖动时的输出抖动的测试。标准中给出了具体测试方法和参数指标，图2为测试框图。PCM传输特性分析仪也可以满足抖动测试的要求。
抖动转移特性可以在测得输入信号的抖动幅度Jin和输出口上测得 抖动幅度Jout(如图2中虚线所示)之后计算出来。计算公式为：
Gj=20log(Jout/Jin)(dB)(2)
改变抖动发生器的频率重复操作，可以得到一条抖动转移特性曲线。无输入抖动时的输出抖动的测量也在图2中的输出口上进行。
3.3 输出波形的测量
只要设备接口上的波形能符合要求，同一码速不同型号的设备就能互连互通。因此，输出波形的测量十分重要。ITU-T对各种码速的接口波形都给出了明确的建议，见ITU-T G.703。图 3给出了波形的测试方法。
图3(a)为34.368Mb/s以下系统的测量方法,图3(b)为34.368Mb/s以上系统的测量方法。测 量8．448Mb/s系统时,示波器带宽≥100MHz,测量34.368Mb/s以上系统时,示波器带宽≥30 0MHz。测量结果应使有效的所有“1”码都符合相应接口脉冲样板的要求。
3.4平均输出光功率的测量
光端机的平均输出光功率是指在正常工作条件下光端机输出的平均光功率，在光源尾纤端面可以测到。一定的平均输出光功率需根据系统线路参数选择相应的设备，长距离光纤数字通信系统中要求有较大的平均输出光功率,短距离光纤数字通信系统中要求较小的平均输出光 功率。这是一个结合整个通信的经济性、稳定性和维修性全面综合考虑的技术指标。平均输出光功率的测试方法如图4所示。
本试验的要点是光功率计必须在工作波长、灵敏度、最大探测功率和重复读数差上满足要求。平均输出光功率与码型发生器产生的码型有关。非归零(NRZ)码与50％占空比的归零(RZ) 码相比,平均输出光功率要大3dB。这里的码型发生器可以用PCM综合参数测试仪代替。
3.5光接收灵敏度
光接收灵敏度是光端机的重要指标之一，它表示光端机在微弱输入信号下保证正常通信的能力。图5示出光接收灵敏度的测试方法。本试验中主要使用误码检测仪、码型发生器、光衰 减器及光功率计等。
光接收灵敏度的单位是dBm,表示以1mW功率为基础的绝对功率电平,计算公式为
Ps=20log(Pmin/lmW)(dBm)(3)
式中,Ps为光接收灵敏度;Pmin为最小平均光功率。
按式(3)计算出的光接收机灵敏度是负值。Pmin越小,Ps值越小,光接收 灵敏度越高,表示该接收机在很小的接收光功率条件下，就可保证系统所需要的误码率。
3.6动态范围的测量
动态范围表征光接收机对输入信号光功率的承载能力，即在整个动态范因内，光接收机均能满足误码率要求,动态范围越大越好。动态范围的测量框图如图5所示。在测到光接收机的最 小光功率之后,将光衰减器逐级减小,直到误码率达到规定值,用光功率计测得最大接收光功率Pmax。由式(5)可计算出系统的动态范围:
D=201og(Pmax/Pmin)(dB)(5 )
式中,Pmax为最大接收光功率， Pmin为最小接收光功率。
4广东增城电力光纤通信系统的实际测量
广东增城电力光纤通信系统是桂林-诺基亚电信公司开发的电力网光纤监控通信系统,采用 诺基亚 PDH产品,于1997年安装并于当年正式投入运行。两年多来,系统性能稳定,自动化程度高,居国内先进水平,在广东增城地区电力网生产中发挥着重要作用,产生了良好的经济效益。
图6为广东增城电力光纤通信系统的架位图,其中第1站和第2站相距1.5km，以单模光纤相连接。光缆铺设采用架空式。图中，DF2－8为2/8兆光线路终端;CO2/8为2/8兆切换盘;DM8为8兆复接器;DM2为2兆复接器;VF为音频单元;DIU为数据接口单元;SUB/S为通路单元,用户端;SUB/E为通路单元,交换端; RG为铃流发生器。 图7为系统的原理图。电气参数的测量在 T、T’ 端口进行。光学参数的测量在G,G’端口进行。
5测量结果
在广东省电力局、电信局和广东增城电力局等单位的协助下,对增城电力光纤通信系统进行了现场测试,测试结果令人满意。系统建设相当成功。
6常用测量仪器
(1)光时域反射计,或称后向散射仪。用于测量光纤长度、断点位置、光纤损耗以及光纤接头损耗等，是光纤生产、施工和维修中不可缺少的仪器。
(2)误码仪,误码仪有时也和抖动仪组装在一起，称为PCM传输特性分析仪，或简称误码仪。用于测量或监视系统的误码和抖动。
(3)终端测试仪。能够测量多路复用系统及其与数字交换设备连接的接口性能。
(4)光功率计。用于测量光纤中传榆的光功率，是光纤通信科研、生产、施工和维修工作的必备设备。
(5)高频示波器。光纤通信测量的必备仪器,用于测量信号时钟和波形等。
(6)光源,在试验和测量中产生所需的光束。光源的波长、谱宽、光功率必须达到测试要求。
(7)光纤熔接机。以熔接法(电弧放电式)永久性连接光纤的设备，是光纤通信科研、生产、施工和维修工作的必备工具。
参考文献
1欧裕德.我国光纤通信的应用与新进展.光通信技术,1997,21(1):6~11
2唐玉麟.国内外光纤通信的发展.中国通信工业协会有线专业委员会专题报告，1997
3厉鼎毅.下一代光波传输系统.1993年5月在桂林光通信研究所的讲学记录稿
4光纤通信系统通用规范.中华人民共和国电子行业标准SJ20552-95，1997 0MHz
