光纤数字传输系统性能测试

1前言本实验指导为《数字传输技术（A）《光纤通信系统》》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》课程的实验用书，其有关内容也可以配合《数字传输技术（A）《光纤通信系统》》《光纤通信测量技术》《光同步传输技术》等课程教材使用。本实验指导书用于光纤数字传输系统性能测试和光纤传输网络的设备与网络管理操作几方面的必做实验，主要是光纤数字线路系统传输性能测试、SDH设备认识和SDH网络管理系统及操作。其中光纤数字线路系统传输性能测试是最基本的实验项目。光纤数字线路系统包括光端机、光中继机和光纤线路等，其性能参数包括设备和系统光接口参数和电接口传输性能，光接口参数主要是光设备光接口参数、光通道（光纤线路）传输特性，电接口传输性能主要包括误码性能、定时性能和可用性等，需要测试的项目较多，涉及多种测试仪表和测试方法。本指导书重点介绍光纤线路接续和接续损耗的监测、光纤衰减测试实验、光接口参数测试和光纤数字传输系统的传输性能测试实验。选做实验的指导书另行编写。目录1实验一光纤接续和监测2实验二光纤衰减测试3实验三光接口参数测试5实验四电接口传输性能测试10实验五SDH设备认识17实验六SDH网络管理系统及操作193实验一光纤的接续和监测一．试验目的掌握光纤接续原理掌握光纤接续损耗的测试原理学习使用熔接机和了解光纤接续过程二．试验原理光纤接续的常用方法有热熔法和冷接法等，热熔法的主要步骤如下：连接光纤端面的制备，端面的定位和对准，熔接。光纤接续损耗As的定义为As=−10lg式中prpt（dB）pt为发射光纤发出的光功率，Wpr为接收光纤接收的光功率，W监测光纤接续损耗的方法有多种，如：光时域反射计(OTDR)监测和四功率法测试等，目前都采用光时域反射计监测法，其测试系统原理土如图1.1所示。OTDR发射光纤接收光纤图1.1光纤接续损耗的监测测试时OTDR发出测试光脉冲，并测得连接光纤的背向色散曲线如图1.2所示，根据所得曲线设置五个测试点（即采用五点法）即得到接续损耗值。三．试验仪器和设备A1.TYPE35SE光纤熔接机，1台2.光时域反射计，3.光纤，四．测试步骤1台BCDE2盘，2Km/盘图1.2连接光纤的背向散射法41.制备连接光纤端面2.将连接光纤按放在熔接机V型槽内3.将OTDR输出光接口与发射光纤耦合，并监测光纤的背向散射曲线4.熔接光纤5.设置五个测试点并测得接续损耗，ASA6.将OTDR输出光接口与接收光纤耦合，重复5步，测得接续损耗ASB五．测试记录表格测试次数ASA(dB)ASB(dB)平均值AS(dB)12六．注意事项1.连接光纤的端面制备要符合即端面平整、清洁并与光纤轴线垂直。2.五个测试点中C点必须设置在光纤接头位置。5实验二一．光纤衰减测试试验目的1.掌握用剪断法测量光纤衰减的原理和方法2.熟悉光纤端面制备的方法3.掌握光功率计、光源等仪表的工作原理和使用方法二．试验原理剪断法是按照衰减定义对被测光纤的输入光功率和输出光功率进行直接测量的方法，其测量原理如图2.1所示偏置电路光功率计注入点1光源2注入系统指示器光检测器放大器图2.1实验原理图图中，光源可为LD，LED或单色仪；对多模光纤而言，注入系统中应包括扰模装置，以便在被测光纤中激励出近似的稳态模功率分布。对单模光纤，不需扰模器，但需滤模器，滤除高阶模。三．试验仪表和设备1.AV2491光纤万用表，1台；2.LED驱动光滤波或单色仪，1台；3.扰模器，1台4．光纤剥切工具，1套四．测试步骤1.按图2.1连接测试系统，将光源尾纤与被测光纤一端熔接，并使被测光纤始端经扰模器。2.打开光源的驱动电路，调节光源输出光功率适中3.将被测光纤另一端做好端面，并与光检测器耦合，测得光功率PR4.保持光源输出光功率不变，将光纤在离注入点1-2m的1点处剪断，用光功率计测量光源入纤光功率PT5.按A=10lgPTPR(dB)计算光纤衰减和衰减系数五．记录表格6PR(W/dB)PT(W/dB)L(km)A(dB)α(dB/km)A(dB)α(dB/km)123六．注意事项1.测量光功率时光纤输出端面处理要达到平整、清洁和端面垂直于光纤轴线的要求。2.重复三次做光纤端面与光监测器的耦合，取其平均值作为测试结果。7实验三光纤线路系统设备的光接口参数测试一、实验目的本实验中主要通过对光纤线路系统设备的光接口的主要性能参数进行测试，深入理解光发送机和光接收机主要特性参数的内容、定义和要求，掌握实际的测试方法，认知光纤数字线路系统设备和常用的数字传输测试仪器仪表。二、实验内容和原理本实验测试光纤线路系统传输设备的光接口的主要参数，包括以下项目：1．光发送机参数测试（1）平均发送光功率平均发送光功率P0是指光发送机在一段时间内的平均输出光功率，通常指入纤光功率，P0越大则允许的光纤线路传输衰减越大，系统传输距离越大。其测试系统框图如图3.1：码型发生器光发送机Tx光纤线路S光功率计图3.1光发送机参数测试系统框图对于不同传输速率的系统采用不同的测试信号，即对应电接口传输速率，误码仪（传输分析仪）的码型发生器选择相应长度的伪随机序列输入发送端机：表3.1不同速率对应的伪随机序列测试信号标称比特率Kb/s204884483436813926415552PRBS长度215－1215－1223－1223－1223－1对于不同类型的SM光源，要求光发送机接入系统后，S点的平均发送光功率满足下列要求，短中继距离可适当降低：LED：P0≥－9/-6/-3dBm；LD：≥-30dBm（2）消光比光发送机的消光比定义为：EXT=10lgPmax(dB)，式中Pmin8Pmax为输入全“1”码时的平均输出光功率Pmin为输入全“0”码时的平均输出光功率进一步可换算为绝对功率电平差：EXT=10lgPmaxP−10lgmin=Pmax(dBm)−Pmin(dBm)1mW1mW一般要求消光比EXT≥-10dB，消光比过小会降低光接收机灵敏度。根据消光比定义，消光比测试系统同上，应分别测出全“1”码和全“0”码时的平均输出光功率，然后还算出EXT值。考虑实际测试时，输入伪随机序列测试信号为“1”码和“0”码概率近似相等，即有Pmax＝2P0，故：EXT＝P0＋3－Pmin（dB）因此只要在测试平均发送光功率P0的基础上，测出全“0”码时的平均功光率Pmin。2．光接收机参数测试（1）光接收机灵敏度光接收机灵敏度是指光纤线路系统在达到规定误码率指标条件下，所需要的最小平均接收光功率Prmin，通常用绝对功率电平表示为:Sr=Prmin(dBm)=10lgPrmin1mW（2）光接收机的动态范围光接收机的动态范围是指光纤线路系统在达到规定误码率指标条件下，所允许平均接收光功率的变化范围，用最大允许光接收功率（过载功率）和最小接收光功率的比值表示为：D=10lgPrmax(dB)，即：PrminD=Prmax(dBm)−Prmin(dBm)=Prmax(dBm)−Sr工程上一般采用对端环回法光接收机的灵敏度和动态范围，如图3.2：码型发生器光发送机TxSR误码检测器光接收机RxRS传输测试仪光端机A收发光可变衰减器发收光中继机SRRS光接收机Rx光发送机Tx光端机B光功率计图3.2光接收机参数测试系统框图9被测的A端光接收机的光输入端接入光可变衰减器，码型发生器送出的伪随机序列测试信号送入A端光发送机，对端B光端机将光接收机恢复的测试信号直接接入光发送机，环回至A端光接收机，由误码仪进行误码监测。分别增大和减小光可变衰减器的衰减值，测出要求的误码率条件下的最小和最大允许的平均光接收功率，可得光接收机的灵敏度与过载电平，并计算出光接收机的动态范围。另外采用对通法测试，将测试仪的收发单元误码监测和码型发生器分别连接线路系统两端的光接收机B和光发送机A。测试中应注意保证规定误码率的测试条件，测试过程涉及具体的误码率的监测，实验室实际测试无法按工程测试进行长期的平均误码率监测，可采用一定观察时间误码计数的方法，若观察时间t内捡出的误码计数为N，按平均误码率的定义有：Pe=N，fb为系统的码速，即光发送机电接口传输速率。t×fb由此依据误码率指标要求计算出至少出现1个误码的最小观测时间T=1。为保证测试结果的准确，通常观测时间大于最小观测时间（如3－5Pefb倍）。灵敏度测试的最小观测时间和要求如表3.2：表3.2不同速率对应的最小测试时间和灵敏度标称比特率，Kb.s标称波长，nm光检测器类型灵敏度（dBm）≤-59≤-49≤-52≤-56≤-46≤-48≤-50≤-41≤-372048850131084488501310850APDPINPIN－FETAPDPINPIN－FETAPD13101310PIN－FETPIN－FET34368139264误码率最小观测时间10-98分钟10-92分钟10-910-1010-1110-1010-1129.1秒5分钟50分钟1.2分钟12分钟三、实验设备和测量仪表1.武汉邮科院GD（GZ）/MF－34HL光端机（光中继机）或富士通FLX150/600分插复用设备ADM、FLX2500A终端复用设备TM2.惠普HP3784PDH数字传输分析仪或惠普HP37717BSDH综合测试仪3.惠普HP8153A光多用表104.OAT－V可变光衰减器四、实验步骤1．平均发送光功率和消光比测试（1）按图3.1测试系统框图连接测试系统，接通光端机或光中继机和测试仪表电源；（2）测试系统稳定后，按表3.1选定测试信号送入发送机；（3）在发送端连接器断开光纤线路，改用光纤测试线连接光功率计和连接器，将光发送机的光输出接入光功率计；（4）选定光功率计测试波长为光发送机工作波长，读出表上功率值；（5）进行功率和功率电平的换算：P0=10lgP0(dBm)；1mW（6）拔出发送机的输入电路机盘，此时测出光功率即为全“0”码时的Pmin；或码型发生器分别选择发送全“0”码和全“1”码输入光发送机，测出对应的平均发送光功率Pmin和Pmin；；（7）计算出消光比EXT。2．光接收机灵敏度和动态范围测试为方便操作，实验室可采用本端光路环回的方法，即按测试系统图虚线部分连接：（1）按测试系统框图连接测试系统，光路环回；（2）误码仪接入测试系统，码型发生器按速率选择表3.1的测试序列，并根据误码率要求按表3.2设定误码观测时间进行误码计数测试；（3）增大光可变衰减器的衰减值，至误码计数大于规定误码率要求，再逐渐减小衰减值直至误码计数恰好满足误码率指标，稳定后将衰减器输出端连接光纤插入光功率计，测出最小接收光功率Prmin；（4）大幅减小光可变衰减器的衰减值，至误码计数大于规定误码率要求，再逐渐最大衰减值直至误码计数恰好满足误码率指标；稳定后将衰减器输出端连接光纤插入光功率计，测出最大接收光功率Prmax；（5）计算出动态范围五、测试表格：1.光发送机参数测试11测试条件电接口速率平均发送光功率P0线路传输速率dBmMW消光比Pmax(dBm)Pmin(dBmEXT(dB)2.光接收机参数测试测试条件电口速率误码率接收光功率PrPrmax(dBm)衰减值（dB）Prmax(dBm)动态范围衰减值（dB）D(dB)六、参考文献1.《光纤通信系统》，自编2.《数字传输技术基础》，自编3.《光同步传输技术》，自编4.《光纤通信测量》，自编七、考核内容本实验内容需写实验报告，实验报告成绩计入平时成绩。思考题：1．PDH的3次群光端机的光接口参数测试，为何在2048Kb/s的支路口进行误码检测？12实验四光纤线路系统电接口传输性能测试一、实验目的光纤线路系统（电接口）传输性能表示数字信号经数字传输系统的传输后的元错误和相位偏移等传输损伤的大小，即反映了传输质量。本实验通过光纤数字线路系统传输特性的测试，掌握误码率与抖动的定义，掌握传输性能指标中主要的误码性能参数、抖动性能参数及其测量方法，掌握数字传输测试仪（和综合测试仪）的原理、组成与操作。二、实验内容与原理光纤线路系统电接口测试包括SDH接口和PDH接口两种类型，其传输性能包括误码性能，定时性能和可用性三方面。1、误码性能测试误码特性是光缆数字线路系统的重要指标之一，是传输系统噪声、脉冲抖动等因素造成的各种传输损伤的综合反映，直接影响信息传递的准确性。误码的多少用误码率表示，适用于N×64Kb/s（N≤31）的低速数字连接；（2048Kb/s）基群以上的高速数字通道采用误块监测的方法，块指特定相关的连续比特，误块指发生一个以上比特错误的块（1）误码率或误块率误码（块）率定义为一段时间内错误码元（块）数占传输总码元（块）的百分比：BER=m，n为相当长的连续时间TL内系统传输的总码元（块）数，nm为其中错误的码元（块）数可见误码（块）率是一定时间内统计平均的结果，误码（块）率越小，系统出现误码（块）的概率（机会）越小。误码（块）率与观测时间及观测时间内的误码（块）分布有关，对于恒定比特率数字信号传输，其平均误码率为：Pe=（2）mm=，fb为系统（电接口）的传输速率nTLfb误码（块）性能指标平均误码（块）率不能反映实际的误码（块）分布情况及其对通信质量的实时影响，因此将相当长的时间TL划分为单位时间间隔T0，采用测量T0内的误码（块）统计超过阈值Th的T0数占SL内可用时间的百分比。率、通常取T0为1秒，13TL计为秒数ST：若1秒内发生一个以上的误码或误块，则该秒称为误码秒或误块ES；1秒内误码率≥10-3或误块率≥30％，若则该秒称为严重误码秒或严重误块秒ESR；统计ES和SES的百分比。统计时将误码（块）连续检测时间SL划分为可用时间SA和不可用时间SV，规定：连续10秒均为严重误码（块）秒ESR，则从第1秒起进入不可用时间SV；若连续10秒均为误码率<10-3或误块率<30％的非严重误码（块）秒ESR，则从第1秒起退出不可用时间SV进入可用时间SA：SA＝ST－SＶ误码（块）性能指标包括误码（块）秒ESR或严重误码（块）秒SESR：误码秒比ESR=SESSSES×100%；严重误码秒比SESR=×100%SASA误码性能监测包括不中断业务的在线监测或业务终止的中断业务监测，前者依赖于线路码型的编解码或开销检测。系统性能测试一般采用中断业务的仪表测试，也可采用对端环回或对通测试的方法，测试系统如下（对通测试为虚线接入）：码型发生器光发送机Tx收发光接收机Rx误码检测器光接收机Rx发收光发送机Tx传输测试仪光端机A光中继机光端机B误码检测器图4.1误码率测试系统框图2．抖动性能测试抖动是指数字信号的有效瞬间相对理想位置的短时间非积累性偏移，偏移的时间范围称为抖动幅度，表示偏移程度的大小，通常用单位时间间隔UI表示；偏移时间间隔对时间的变化率称为抖动频率，表示偏移速度的快慢。1UI=T1bit=1fb抖动是光缆线路系统的又一个重要指标，数字业务信号的抖动称为相位抖动，严重时直接导致判决错误的误码；数字时钟信号的抖动称为定时抖动，造成业务信号的抖动或判决时刻偏离，严重时导致间接的误码。为满足数字网的要求，对数字传输系统规定了三种不同的抖动特性指标，光缆线路系统同样采用这三种抖动性能指标则：（1）输入抖动容限输入抖动容限是指满足系统误码指标要求的条件下，系统的输入口允许输入数字信号的抖动范围。输入抖动容限表示系统或设备承受数字信号抖动的能力，14容限越大，适应抖动的能力越强。因此规定了输入抖动容限下限值，实际测得的容限值应≥下限；输入系统的数字信号抖动低于容限时，系统正常工作。工程中采用正弦抖动幅度或频率调制输入测试信号的方法测量输入抖动容限，测试系统框图如4.2，测试结果应满足表4.1的要求。抖动测试器抖动发生器码型发生器光发送Tx收发光接收Rx误码检测器光接收Rx发收光发送Tx光中继机误码检测器光端机B光端机A传输测试仪图4.2输入抖动容限测试系统框图峰值抖动幅度（UI）A0A1A2f0f1f2f3f4抖动频率表4.1输入抖动容限的下限及参数比特率Kb/s抖动峰峰值UIA0A1A2允许电缆抖动频率f1f0-5f2f3f4插入损耗204836.91.50.21.2×10Hz20Hz2,4KHz18KHz100KHz0-6dB84481521.50.21.2×10-5Hz20Hz400Hz3KHz400KHz0-6dB1.51.50.15.075100Hz200Hz1KHz500Hz10KHz10KHz800KHz3500KHz0-6dB0-12dB34368139264（2）无输入抖动时的输出抖动无输入抖动时的输出抖动是指输入信号无抖动的条件下，测出的系统或设备输出抖动，表示系统或设备本身的内部抖动。为满足数字通信的全程抖动指标，必须对其加以限制，即规定上限，实际测得的无输入抖动时的输出抖动应低于该上限。测试系统如图4.3，输出抖动容限如表4.2：15抖动测试仪码型发生器光发送Tx收发光接收Rx抖动测试仪光接收Rx发收光发送Tx光中继机光端机B光端机A传输测试仪图4.3无输入抖动时的输出抖动测试系统图表4.2输出抖动容限参数比特率Kb/s输出抖动容限值UI测量滤波器，低频截至f1或f3，高频截至f4低频限制高频限制f1－f4f3－f420480.58448f1f3f40.220Hz18KHz100KHZ0.50.220Hz3KHZ400KHZ343680.50.15100Hz10KHZ800KHZ1392640.50.075200Hz10KHZ3500KHZ（3）抖动转移特性抖动转移特性是指数字传输系统或设备输入的数字信号有抖动时，输出口的输出抖动，常用指标为抖动转移增益即输出抖动与输入抖动的比值，表示抖动转移的程度：H=20lg抖动发生器Joutp−pJintp−p（dB），其测试系统如下：码型发生器光发送Tx收发抖动测试仪光接收Rx发收光发送Tx光中继机抖动测试器光接收Rx光端机B传输测试仪光端机A图4.4抖动转移特性测试系统框图三、实验设备和仪表1．PDH电接口传输性能测试：武汉邮科院GD（GZ）/MF－34HL光端机（光中继机）或富士通FLX150/600分插复用设备ADM惠普HP3784PDH数字传输分析仪162．SDH电接口传输性能测试：富士通FLX150/600分插复用设备ADM或富士通FLX2500A终端复用设备TM惠普HP37717BSDH综合测试仪四、实验内容和步骤SDH电接口主要测试STM-1电接口的误码和抖动特性，PDH接口主要测试2Mbit/s的G.703接口的抖动和误码特性。1．误码率测试（1）按图4.1连接测试系统，接通设备和仪表的电源；（2）稳定后，按接口速率选定码型发生器的测试信号，送入系统；（3）按接口速率选定误码测试时间，读出误码仪监测到的误码计数；（4）计算误码率Pe。2．输入抖动容限（1）按图4.2连接测试系统，接通设备和仪表的电源；（2）稳定后，按接口速率选定码型发生器的测试信号送入系统，并设定误码测试时间；（3）按接口速率选定误码测试时间，监视误码仪监测到的误码计数；（4）按表4.1设定抖动频率为f1，逐渐加大抖动发生器的抖动幅度，至误码计数达规定的误码率；（5）读出此时的抖动幅度Jinp-p，即为抖动频率f1时的输入抖动容限A1；（6）按表4.1改变抖动频率为f2、f3和f4，同样重复（4）（5）得到对应的抖动容限值；（7）光发送机输入端接入电缆，重复上述测试过程。3．无输入抖动时的输出抖动（1）按图4.3连接测试系统，接通设备和仪表的电源；（2）稳定后，按接口速率选定码型发生器的测试信号送入系统；（3）按表4.2设定测量滤波器为低频限制的带宽f1－f4；（4）读出此时的抖动幅度，即为无输入时的输出抖动容限Joutp-p；（5）按表4.2设定测量滤波器为低频限制的带宽f1－f4，同样得到对应的抖动容限值Joutp-p。4．抖动转移特性17（1）按图4.4连接测试系统，接通设备和仪表的电源；（2）稳定后，按接口速率选定码型发生器的测试信号送入系统；（3）按设定输入，监视误码仪监测到的误码计数；（4）按表4.1设定抖动频率f0流程

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