光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀表的測(cè)試

嚴(yán)峻工業(yè)和信息化部泰爾實(shí)驗(yàn)室工程師

高峰工業(yè)和信息化部泰爾實(shí)驗(yàn)室助理工程師

摘要：文章簡(jiǎn)要講述了光通信中誤碼/抖動(dòng)分析發(fā)表的測(cè)試要求，對(duì)其中一些

重要的參數(shù)和項(xiàng)目做了說(shuō)明。

關(guān)鍵詞：比特差錯(cuò)率，光信噪比，消光比，前向糾錯(cuò)

Abstract.Thi.articl.briefl.introduce,th.testrequirement,o.optica,tran

smlssio.error/jitteranalyzers.Som.importan.parameter,an.item,areexpla

ined.

KeyWords：BER,OSNR,EXT,FEC

1光通信測(cè)試的重要性

隨著信息社會(huì)的進(jìn)步，人們對(duì)于通信業(yè)務(wù)的需求向著寬帶上網(wǎng)、視頻點(diǎn)播以及

無(wú)線3G等大帶寬應(yīng)用發(fā)展，傳統(tǒng)的電纜接入已經(jīng)無(wú)法滿足需求，而光纖通信能

提供大的帶寬，未來(lái)傳輸網(wǎng)絡(luò)的最終目標(biāo)就是在接入網(wǎng)、城域網(wǎng)和骨干網(wǎng)完全

實(shí)現(xiàn)光纖傳輸，這將全面帶動(dòng)包括光纖、光電子器件、系統(tǒng)設(shè)備的設(shè)計(jì)研發(fā)以

及測(cè)試、維護(hù)、管理等多方面的發(fā)展。在光通信中，光纖光纜就仿佛組成了網(wǎng)

絡(luò)的神經(jīng)中樞，而設(shè)備.儀表..光器件等構(gòu)成了大大小小的神經(jīng)節(jié)點(diǎn)，無(wú)論哪

個(gè)環(huán)節(jié)出了故障，都有能造成網(wǎng)絡(luò)傳輸出錯(cuò)或中斷，甚至大面積網(wǎng)絡(luò)的癱瘓。

所以，我們必須通過(guò)測(cè)試，及時(shí)發(fā)現(xiàn)產(chǎn)晶工藝、生產(chǎn)流程以及技術(shù)指標(biāo)上存在

的問(wèn)題，并及時(shí)解決。

2光傳輸誤碼，抖動(dòng)分析儀表

光傳輸誤碼/抖動(dòng)分柝儀表正是對(duì)光傳輸設(shè)備及網(wǎng)絡(luò)性能進(jìn)行測(cè)試的重要儀表

之一。經(jīng)過(guò)十幾年的發(fā)展，光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀的線路速率從最初的155

MbiUs,發(fā)展到如今的40Gbit/s,未來(lái)將達(dá)到100Gbit/s。不僅是線路速率的

提高，現(xiàn)在的40G光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀表還漕加了很多新功能，比如前向

糾錯(cuò)（FEC）功能、符合ITU-T0.172新的附件\川、MLITU-T0.173.ITU-T

G.825、ITU-TG.8251的抖動(dòng)/漂移測(cè)試功能、與以太網(wǎng)的兼容等；此外，還

應(yīng)用了很多新技術(shù)，包括新的編碼調(diào)制技術(shù)，來(lái)克服色度色散、PMD（偏振模色

散）、非線性效應(yīng)等光學(xué)特性對(duì)高速傳輸?shù)挠绊憽?/p>

3對(duì)光通信中傳輸誤碼，抖動(dòng)分析儀表的測(cè)試

光通信測(cè)試包括器件的測(cè)試、光纖的測(cè)試,、光通信儀表的測(cè)試、光通信設(shè)備和

系統(tǒng)的測(cè)試等。下面僅對(duì)光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀表的測(cè)試做出簡(jiǎn)要的說(shuō)明。

光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀表的主要測(cè)試項(xiàng)目如下：

（1）平均發(fā)送光功率、接收機(jī)靈敏度和接收過(guò)載功率

發(fā)送機(jī)的發(fā)射光功率和所發(fā)送的數(shù)據(jù)信號(hào)中“1”占的比例有關(guān)，“1”越多，

光功率也就越大。當(dāng)發(fā)送偽隨機(jī)序列信號(hào)時(shí)，，”和“0”大致各占一半，這

時(shí)測(cè)試得到的功率就是平均發(fā)送光功率。在經(jīng)過(guò)長(zhǎng)距離光纖傳輸后，光信號(hào)會(huì)

衰減，雖然可以通過(guò)增加光放大器來(lái)彌補(bǔ)，但是過(guò)多的光放大器會(huì)降低光信噪

比，所以對(duì)于輸出信號(hào)平均光功率要求不能太低，不同光接口指標(biāo)要求也不

同。接收機(jī)靈敏度定義為接收處達(dá)到1X10-10的比特差錯(cuò)率（BER）值所需要的

平均接收功率的最小值。在輸人口應(yīng)該有較好的接收靈敏度，以保證在收到較

低光功率的信號(hào)時(shí)，仍能正常接收而不出現(xiàn)告警或誤碼。接收機(jī)過(guò)載功率定義

為在接收處達(dá)到1X10-10的BER值所需要的平均接收光功率的最大值。因?yàn)?

當(dāng)接收光功率逐漸高于接收靈敏度時(shí)，信噪比的改善使BER變小，但隨著光接

收功率的繼續(xù)增加，接收機(jī)進(jìn)入非線性工作區(qū)，反而會(huì)使BER下降。在對(duì)儀表

平均發(fā)送光功率、接收機(jī)靈敏度進(jìn)行測(cè)試之前先應(yīng)該對(duì)儀表光輸出口和輸人口

光纖端面、光接口適配器進(jìn)行清潔和檢查。在測(cè)量輸出平均光功率時(shí)最好使用

精度較高、插入損耗較低的光功率計(jì)，等讀數(shù)穩(wěn)定后記錄結(jié)果，然后用光接頭

和光纖的損耗值來(lái)對(duì)測(cè)試結(jié)果進(jìn)行修正；在測(cè)量接收機(jī)靈敏度時(shí)最好使用步長(zhǎng)

可調(diào)、最小步長(zhǎng)比較小的光衰減器。

(2)光輸入回波損耗(又稱做光接收機(jī)反射系數(shù))

光輸入回波損耗是對(duì)沿輸入路徑返回的那部分輸入光功率的量度，采用光回?fù)p

測(cè)試儀來(lái)進(jìn)行此項(xiàng)的測(cè)試。在光傳輸系統(tǒng)中，連接器、光纖端面、光接口和探

測(cè)器表面等都會(huì)引起菲涅爾反射。若反射太強(qiáng)，則會(huì)干擾發(fā)射機(jī)激光器的正常

工作。如使激光器中心波長(zhǎng)和輸出光功率產(chǎn)生波動(dòng)等，嚴(yán)重時(shí)會(huì)直接損害激光

器。對(duì)回波損耗進(jìn)行測(cè)試時(shí)，測(cè)試跳線本身的回波損耗及各端面的潔凈程度都

會(huì)對(duì)測(cè)試結(jié)果造成很大影響，不潔的端面引起的炭差可達(dá)10dB以上，因此，

測(cè)試端面要經(jīng)常清潔。測(cè)試跳線因?yàn)椴灏螘?huì)引起瑞面磨損，需要定期更換。

⑶輸出信號(hào)眼圖和消光比

眼圖體現(xiàn)了數(shù)字信號(hào)整體［來(lái)自WwW.Iw5u.Com］特征，從眼圖中可以觀察碼間串

擾和噪聲的影響，從而評(píng)估系統(tǒng)優(yōu)劣程度。噪聲越大，則眼圖線跡越寬，越模

糊；碼間串?dāng)_越大,則眼圖越不端正。消光比(EXT)定義為EXT=101g(P1/P0),

其中，P1和P0分別為眼圖中“1”和“0”電平值。要根據(jù)ITU-TG.957和

G.691的建議以及廠家的技術(shù)指標(biāo)衡量光模塊是否符合要求，激光器類型不同

要求也不同，通常對(duì)于FP/DFB直調(diào)激光器要求消光比不小于8.2dB.ITU-T中

對(duì)于消光比沒(méi)有規(guī)定上限，但是這并不表示消光比越大越好，消光比過(guò)大會(huì)導(dǎo)

致激光器的嗯啾（Chirp）系數(shù)過(guò)大，引起誤碼產(chǎn)生或通道代價(jià)超標(biāo)，不利于長(zhǎng)

距離傳輸。在測(cè)試眼圖之前，首先應(yīng)在無(wú)光輸入的情況下對(duì)于寬帶示波器/通

信信號(hào)分析儀進(jìn)行自校準(zhǔn)，保證測(cè)試的準(zhǔn)確，自校準(zhǔn)完畢，將被測(cè)光信號(hào)接入

（要根據(jù)寬帶示波器/通信信號(hào)分析儀的模塊靈敏度要求和過(guò)載功率要求保證

光功率在一定范圍內(nèi)，否則功率過(guò)小測(cè)出眼圖會(huì)緞差，不能反應(yīng)真實(shí)情況，功

率過(guò)大，眼圖顯示會(huì)超出屏幕范圍同時(shí)會(huì)給寬帶示波器的光模塊造成損害），

選擇相應(yīng)的眼圖模板、濾波器和觸發(fā)方式，然后進(jìn)行測(cè)量，測(cè)量時(shí)間一般不小

于30s,或者顯示的波形數(shù)目（wfm）不少于500,否則不能完整地反映出眼圖

情況，因?yàn)椴簧贂r(shí)候在測(cè)試剛開(kāi)始時(shí)波形未進(jìn)入測(cè)試模板，眼圖合格，隨著測(cè)

試時(shí)間延續(xù)，在后期有眼圖波形進(jìn)入測(cè)試模板。40G光傳輸誤碼/抖動(dòng)分析儀

表的眼圖測(cè)試對(duì)于寬帶示波器的帶寬、時(shí)鐘提取漠塊和光電轉(zhuǎn)換模塊有著更高

的技術(shù)要求。

圖1是對(duì)同一臺(tái)儀表的同一個(gè)激光發(fā)射器在STM-4速率下進(jìn)行多次測(cè)量得到的

幾張眼圖。其中，（a）圖為未對(duì)消光比測(cè)量進(jìn)行校準(zhǔn)直接進(jìn)行測(cè)量的情況，可以

看出，雖然輸入光功率是合適的，但是“0”電平位置指示已經(jīng)不對(duì)，造成消光

比無(wú)法測(cè)出（有時(shí)候，不預(yù)先對(duì)消光比測(cè)量進(jìn)行校準(zhǔn)仍然能測(cè)出消光比，但得

到的結(jié)果不一定準(zhǔn)確）。（h）圖為輸入光功率過(guò)大測(cè)試出現(xiàn)的情況，造成眼圖過(guò)

大，眼圖模板已不能在屏幕上完整顯示（如果輸入光功率再增大，會(huì)造成眼圖

也無(wú)法在屏幕上完整顯示，寬帶示波器會(huì)提示“瑜入信號(hào)過(guò)大，超出范

圍”）。（c）圖為正常測(cè)量所得結(jié)果。（d）圖為輸入光功率偏低情況下進(jìn)行測(cè)試

的情況，可以看到眼圖線跡已經(jīng)變寬變模糊，線跡的變寬直接造成“0”電平指

示位置的不準(zhǔn)確，從而引起消光比測(cè)量的不準(zhǔn)確。

（4）信號(hào)光譜特性（工作波長(zhǎng)、譜寬、最小邊模抑制比）

用光譜分析儀（OSA）（最好波長(zhǎng)準(zhǔn)確度高、偏振相關(guān)性低、動(dòng)態(tài)范圍大、靈敏度

高、掃描時(shí)間短）來(lái)完成測(cè)量，首先選擇光源測(cè)武，根據(jù)被測(cè)的激光器類型

（多縱模/單縱模/發(fā)光二極管）做出選擇，不同激光器類型的測(cè)試項(xiàng)目也有

不同，比如對(duì)于DFB我們要測(cè)工作波長(zhǎng)（指激光器主縱模中心波長(zhǎng)）、最小邊

模抑制比（SMSR：為主縱模的平均光功率P1與最顯著的邊模的平均光功率P2之

比的最小值。SMSR=101g（Pl/P2）,）、最大-20dB譜寬（單縱模激光器主要能

量集中在主模，所以它的光譜寬度是按主模的最大峰值功率跌落到-20dB時(shí)的

光譜寬度來(lái)定義的）；而對(duì)于多縱?；虬l(fā)光二極管，我們要測(cè)量工作波長(zhǎng)、均

方根譜寬。（。2表示多縱?；虬l(fā)光二極管激光器規(guī)定光譜積分區(qū)內(nèi)的總功率，

積分區(qū)邊界功率相對(duì)于主峰跌落20-30dB）o我們把光纖衰減較小的兩個(gè)波段

范圍稱做1310窗口和1550窗口，在中心波長(zhǎng)為1310run或1550nm處，光纖

衰減最小，如果工作波長(zhǎng)偏離中心波長(zhǎng)太多，則衰減會(huì)增大，所以，有必要將

工作波長(zhǎng)限制在一定范圍內(nèi)。對(duì)于工作波長(zhǎng)的測(cè)量也可以使用光波長(zhǎng)計(jì)。對(duì)譜

寬的限定是為了在直接調(diào)制激光器中防范過(guò)大的隔啾聲導(dǎo)致信號(hào)之間的串?dāng)_。

SMSR的值應(yīng)不小于30dB,以防止模式分配噪聲引起B(yǎng)ER的劣化。

[來(lái)自wwW.lw5u.CoM](5)光信號(hào)抖動(dòng)特性(抖動(dòng)調(diào)制發(fā)生、抖動(dòng)測(cè)量、輸入口

抖動(dòng)容限)

抖動(dòng)是信號(hào)時(shí)域變化的結(jié)果，它體現(xiàn)了信號(hào)周期距離其理想值的偏離程度。10

Hz以下信號(hào)的周期變動(dòng)叫做漂移(Wander),10Hz以上信號(hào)的周期變動(dòng)叫做抖

動(dòng)(Jitter)。抖動(dòng)分為系統(tǒng)抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng)，系統(tǒng)抖動(dòng)取決于系統(tǒng)的性能，而

隨機(jī)抖動(dòng)來(lái)源于內(nèi)部或外部的干擾信號(hào)，如噪聲、串?dāng)_和反射等，它與傳輸信

號(hào)的系統(tǒng)無(wú)關(guān)，其最基本特性就是隨機(jī)性。在光通信系統(tǒng)中，隨著速率的升級(jí),

時(shí)鐘頻率變得越來(lái)越高，在上升或下降沿，即使微小的變化也變得越發(fā)重要，

因?yàn)闀r(shí)鐘或數(shù)據(jù)的抖動(dòng)會(huì)影響到數(shù)據(jù)的完整性、建立時(shí)間和保持時(shí)間。為了評(píng)

估抖動(dòng)對(duì)系統(tǒng)的影響，光通信中的抖動(dòng)分析儀表一般都用一定頻率和幅度的正

弦調(diào)制抖動(dòng)來(lái)測(cè)試系統(tǒng)的抖動(dòng)容限，這類儀表的抖動(dòng)發(fā)生和抖動(dòng)測(cè)量應(yīng)該符合

1TU0.172規(guī)范的要求。對(duì)抖動(dòng)進(jìn)行評(píng)估通常有兩種方法：時(shí)間間隔法和頻譜

分析法。時(shí)間間隔法是從時(shí)域上來(lái)測(cè)量抖動(dòng)的幅度，對(duì)測(cè)量設(shè)備的時(shí)間特性要

求較高，要做到精確測(cè)量比較困難。我們?cè)趯?shí)際測(cè)試中采用的是頻譜分析法來(lái)

測(cè)量正弦調(diào)制抖動(dòng)的發(fā)生，這種方法通過(guò)分析相位調(diào)制信號(hào)的頻譜特性，測(cè)量

信號(hào)的邊頻幅值，進(jìn)而推算出抖動(dòng)幅度值v頻譜分析法的理論依據(jù)是調(diào)制理論

和貝塞爾函數(shù)的應(yīng)用，通過(guò)這種方法可以精確測(cè)量相位抖動(dòng)。我們將被測(cè)光信

號(hào)通過(guò)光/電變換器轉(zhuǎn)換為電信號(hào)后輸入頻譜分析儀，調(diào)節(jié)中心頻率、Span和

BW等參數(shù)得到清晰穩(wěn)定的頻譜，分別記錄下。階、±1階、±2階和士3階頻譜

的幅值，代人貝塞爾函數(shù)中進(jìn)行計(jì)算即可得到被測(cè)儀表正弦調(diào)制抖動(dòng)的實(shí)際幅

值。將被測(cè)儀表收發(fā)自環(huán)（輸入光功率調(diào)整為在適合抖動(dòng)測(cè)量的合適范圍），

將測(cè)量濾波器設(shè)置為L(zhǎng)P+HP1（即B1濾波器），測(cè)量范圍設(shè)置為能滿足測(cè)量需

要的最小范圍，測(cè)量時(shí)間不小于30s,記錄下測(cè)量結(jié)果，與之前測(cè)出的抖動(dòng)調(diào)

制發(fā)生實(shí)際值進(jìn)行比西和計(jì)算，看是否符合0.172規(guī)范的要求。輸入口抖動(dòng)容

限測(cè)試是用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的、定期進(jìn)行過(guò)檢定或校準(zhǔn)的光傳輸分析儀發(fā)出一定頻率

的幅度和幅度的抖動(dòng)到被測(cè)儀表的輸入端，觀察被測(cè)接收正確，不出告警或誤

碼，記錄下滿足此條件的最大抖動(dòng)幅值。觀察不出告警、誤碼狀態(tài)的時(shí)間不少

于30so

⑹功能檢查

用一臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)的、定期進(jìn)行過(guò)檢定或校準(zhǔn)的光傳輸分析儀與被測(cè)