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SDH光纤传输系统的现场测试

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维普资讯 http://www.cqvip.com 第27卷第163期 2006年5月1 0日电力 系统通信 Vo1.27 No.163 Telecommunications for Electric Power System May 1 0,2006 ・65。 SDH光纤传输系统的现场测试 张育兵 (江西上饶供电公司,江西上饶334000) 摘要:随着通信技术的飞速发展,光纤通信正在迅速地从准同步复用(PDH)步入同步复用 (SDH),并在电力系统通信中得到了广泛应用。文章简述了SDH光纤传输系统现场测试的 主要内容、指标,着重介绍了光接口和通信系统中的误码和抖动漂移特性的概念、原因分析及其 测试内容,同时介绍了一些常用测试仪器的工作原理、测试方法。通过现场测试,可以更方便地 实现对SDH光纤传输系统的操作和维护。 关键词:SDH;光纤传输;现场;测试 中图分类号:TN914.332 文献标识码:B 文章编号:1005—7641(2006)05—0065—06 0 引言 随着社会的发展,电力系统中光纤通信正迅速 定时。 (2)主要光接口参数的测量 1)平均发送光功率:在正常工作条件下,光端机 从准同步复用(PDH)步入同步复用 (SDH)。对SDH光纤系统进行现场测试,为光纤 输出的平均光功率称为光端机的平均发送光功率。 2)消光比(EX):光源发出全“1”码和全“0”码 时的平均光功率之比。它是最坏反射条件时,在全 调制条件下,传号(发射光信号)平均光功率与空 (缆)、光收/发端机各组成部件的正确维护提供了 可靠依据,也是对SDH光纤传输系统进行正常维 护的最基本手段。 1 测试的分类 在SDH光纤通信系统中,ITU—T国际标准中 已经规定了同步数字系列、STM一1结构图和同步 复接帧结构,并且规定了系统性能与标准光接口, 明确了SDH设备即终端复用设备(TM/ADM)、交 叉连接设备(DXC)和再生器(REG)的结构功能与 一号(不发射光信号)平均光功率的比值。 3)光通道衰减:光信号沿光纤传输,光功率会 逐渐变小,即光纤对光信号有衰减,传输距离越大 衰减越大。光纤衰减的测量有差值法、插入损耗 法、光时域反射法(即背向散射法)3种方法。常用 的方法就是光时域反射法。 4)光接收机灵敏度:在保证一定的误码率(一 般为BER≤10 )下,光接收机所能接收的最小平 均光功率,即为光接收机灵敏度,它表示了光接收 机接收微弱信号的能力。 5)光接收的动态范围:在保证一定的误码率 下,所允许的最大和最小输入光功率之比。应该指 出,光功率只要在它的动态范围内变化,就能保证 系统要求的误码率。但灵敏度只有1个,即接收机 所能接收的最小光功率。 般特性。SDH系统的测试主要包括: (1)光纤、光缆特性的测试; (2)光纤线路中继段特性的测试; (3)SDH系统设备的测试; (4)光纤通信系统全程测试。 本文主要介绍光接口和通信系统中的误码和 抖动漂移特性的测试。 2光接口的测试 (1)光接口参数测试的分类 光接口参数的测试包括发送机光参数的测试、 接收机光参数的测试、光通道参数的测试和光接口 收稿日期:2005—11—09;修回日期:2005—12—14 3误码特性测试 (1)基本概念 1)差错:在数字通信中,发送和接收序列的任 何不一致都叫差错,习惯上称为误码。它不仅影响 数字传输系统的传输质量,使音频信号产生失真, 而且还将丢失数据信号信息、产生不准确信息或减 维普资讯 http://www.cqvip.com ・66・ 电 力 磊 饶 c丕 秸 少通过量等。随着数字通信技术的发展,又定义了 各种不同的差错。 2)比特差错:如果发送序列中只有2种符号, 例如…O’和“1”,此时发送和接收序列中对应的单 个数字不一致就是比特差错,又称二元差错。单个 数字又称码元,所以也可以叫误码。 3)块差错:将1组码看成一个整体 在其中有 1个或多个比特差错,则称块差错。在G.826建议 中称为“误块”。 4)误码秒:在1 S时间周期有1个或多个差错 比特,称误码秒。 5)误块秒:在1 S时间周期有1个或多个误 块,称误块秒。 6)差错秒:误码秒和误块秒的统称。 7)严重误码秒、严重误块秒或严重差错秒 (SES):在误码秒、误块秒或差错秒中,有一部分差 错量劣于1×10。f-1限值时,定义为SES。 8)误码率:误码率是衡量光纤通信系统在正 常工作状态下传输质量优劣的一个非常重要的指 标,它反映了数字信息1芏传输过程中受到损害的程 度。在一个较长的时间间隔内,传输码流中出现误 差的概率即为误码率,计算公式为 误码 E (1) 显然误码率越大,说明发生误码的机会越多, 信号失真程度亦越大,一旦误码率超过一定值,则 通信将不能正常进行。在SDH光纤通信中,要求 系统误码率一般应小于等于1×10 (连续测试时 间应不小于24 h)。误码率优于1×10 为正常通 信;误码率处于1×10。或1×10 数量级,通信质 量受到较严重影响;误码率处于1×10。数量级, 通信中断。 (2)原因分析 光纤传输系统产生误码的机理涉及到系统的 各个部分,即与发送的光信号、传输过程以及检测 等过程有关。但主要还是由与信号检测有关的各 种噪声及干扰所造成。 1)模式分配噪声 半导体激光器有2种基本噪声:1)与总功率 涨落有关的量子散粒噪声;2)在所有纵模的总功 率保持恒定下,各个纵模功率分配的瞬时涨落所引 起的噪声,这种噪声就是所谓的模式分布噪声。 2)光反射引起的噪声 光源输出的光信号经耦合入射到光纤中进行 传播,在传播过程中由于连接器、接续点以及光纤 中折射率不一致的点等都会引起光的背向反射,当 反射回的光与激光腔中的激光模式发射耦合时,则 会发生相位变化,从而造成周期性调制噪声。 3)码问干扰 码间干扰可能引起误码。光脉冲在光纤中传 播由于光纤色散使得脉冲展宽,从而造成脉冲之间 即码问相互干扰。 4)光接收机中的噪声 在光电转换过程中,由于信号光子数的随机性 和离散性,产生所谓的量子噪声起重要作用。 (3)误码测试分类 SDH系统的误码测试方法分为停业务测试和 在线测试2大类。停业务测试即中断业务,用误码 仪向系统发送相应结构的伪随机信号,然后在本端 接收口用误码仪监测即可得到平均误码率以及劣化 分、严重误码秒、误码秒等指标。此种情况下,经常 采用将对端作环回,在本端进行测量,如图1所示。 误码仪 发送 环 回 检测 计数 暑甘 图1全程误码特性测试 Fig.1 Whole course test diagram of the bit errors performance 在线测试就是在开业务状态下,利用业务信号 帧结构中特殊设计的差错检测码,检测出信号中的 误块,并以块为基础评估误码性能参数。SDH系 统的误码测试有通道、复用段和再生段3种被测实 体。通道又分为SDH通道和SDH系统承载的 PDH通道。SDH设备的误码测试方法与设备类型 有关。SDH设备的误码测试包括终端复用器TM、 分插复用器ADM、交叉连接设备DXC和再生器 REG的误码测试。 4抖动和漂移 (1)基本概念 抖动是1个数字信号的有效瞬时,在时间上偏 离其理想位置的短期的、非累积性的偏离,又称时间 维普资讯 http://www.cqvip.com ・经验交流・ 张育兵SDH光纤传输系统的现场测试 ・67・ 抖动。漂移是1个数字信号的有效瞬时在时间上偏 离其理想位置的长期的、非积累性的偏离。 (2)原因分析 产生抖动的原因有2个方面:1)设备中电子 元器件所造成;2)中继机和数字复用器产生的抖 动或积累抖动。这些抖动源或者与传送的图案内 容有关,或是随机而与图案无关,但数字信号沿传 输系统传送相关图案时,抖动源产生的抖动会逐渐 积累,因此它会带来更严重的影响。随机抖动主要 来自调谐回路失谐、各种脉冲时延和同一线路系统 中相邻近的串扰。 在一个数字传输系统中,要想完全消除抖动对 其影响是很困难的,因此,只能将抖动在一定 的允许范围内,以保证系统的性能指标,这就是抖 动容限。实际数字信号存在相位噪声,抖动是相位 噪声的高频成分,漂移是相位噪声的低频成分。产 生漂移的主要原因是传输媒质和设备中传输时延 的变化,例如光纤白天受热变长,时延增加,信号迟 到、相位滞后;夜间受冷变短,时延减少,信号早到、 相位超前。 (3)SDH的抖动和漂移指标的分类 SDH的抖动和漂移指标有网络接口、系统和 设备3种规范对象。 1)网络接口包括PDH接口和SDH的STM—N 接口。 2)设备包括数字交叉连接设备DXC、复用设 备TM、ADM和再生器REG,还有同步设备时钟 SEC以及承载时钟信息的接口。 SDH的抖动和漂移指标按性质可分为接口指 标和传输指标,其中接口指标包括输出口的输出抖 动和漂移,输人口的抖动和漂移容限。 (4)SDH网的抖动和漂移测试 SDH网络接口抖动和漂移参数的测试方法包 括目前已规范了的STM一1、STM一4、STM一16三 种接口,其中STM一4和STM一16只有光接口, STM一1具有光和电接口。 (5)SDH设备的抖动和漂移测试 SDH设备分为终端复用器(TM)、分插复用器 (ADM)、交叉连接设备(DXC)和再生中继设备 (REG)。 1)复用设备和交叉连接设备的抖动产生 在被测设备(可以是TM、ADM或DXC)输入 一个2 MHz或2 Mbit/s无抖定时信号,测出被测设 备的STM—N输出口的抖动产生值。 2)SDH设备的映射抖动和组合抖动的测试 SDH设备的映射抖动的测试:SDH设备的映 射抖动是设备解复用侧接收没有指针活动的无 抖STM—N信号时,在PDH支路输出口所产生的 抖动。 SDH设备的组合抖动的测量:SDH设备的组 合抖动是支路映射和指针调整组合作用,在设备解 复用侧的PDH支路输出口所产生的抖动。 3)再生器线路STM—N输人口抖动容限的测试 再生器线路STM—N输人口抖动容限测试采 用1 dB光功率代价法。 4)再生器抖动产生 再生器抖动产生为当其锁定在无抖的输入 STM—N信号时输出STM—N口的输出抖动。 5)再生器抖动转移特性 抖动转移特性需要选频测量,最低频率应测到 10 Hz。这项指标主要描述了光端机自身对抖动特 性传递关系,其测试如图2所示。 误码仪 Kl 1 低频信号L 发生器I 发送 r 3 K2 2I 计数器 误码检测 —T_/1 I抖动检测 图2抖动测试 Fig.2 Jitter test diagram 测量时将输入抖动调整到适当数值(1 UI左 右),接收端读出输出抖动数值,输出抖动与输入 抖动之比,即为抖动增益,改变低频信号的频率,可 测出不同频率下的抖动增益,这就是抖动转移特 性,按照ITU—T的建议要求,抖动转移函数的最 大增益应小于1 dB。 输入抖动容限的测试:光端机容许输入信号的 最大抖动范围称输入抖动容限,它与光端机的性能 有关。 测试方法如下: 1)将光端机两端与PCM复接设备断开,本端 输出、输入环回; 2)开关K.置1,K 置2,由误码仪发送出2 一 1或2”一1伪随机码,监视光端机误码率; 3)由低频信号发生器发出的低频信号加于误 码仪的发送端,调制伪随机码,造成光端机输入信 号产生抖动,固定该低频信号频率,逐渐加大低频 维普资讯 http://www.cqvip.com ・68・ 电 力 季 饶 佶 信号幅度,直至将发生误码为止; 4)将开关K,置3,测出此时的抖动数值,即为 此频率下的输入抖动容限; 5)改变低频信号的频率f,使其在100~800 Hz 范围内变化,重复2)~4)步骤,逐点测量,根据测试 结果,最后画出输入抖动容限与频率的对应关系。 无输入信号抖动时的输出抖动:这项指标主要 是检查光端机在无输入信号抖动时的输出抖动,其 测试方法可按输入抖动容限的测试方法进行,只需 将低频信号发生器去除(或测量时将低频信号发 生器的输出幅度调整为“0”),此时的误码仪送出 的是无抖动的脉冲序列,断开K,,将2、3两端连 接,即可读出此时的输出抖动。 5常用测试仪器 (1)光源与光功率计 在光纤通信系统测量中,很多指标的测量都与 光功率测量密切相关。光功率计是光通信系统中 应用十分广泛的测量仪表,可直接用来测量光功 率。光源和光功率计经常一起配合使用,以测量光 纤的传输损耗或测量光器件的插入损耗。除了要 具有较宽的功率测量动态范围和测量波长范围外, 还要求有较高的精确度和稳定性,并具有智能化自 动化的功能。 光源大体可分为可见光光源、宽谱线光源(白 色光源)、稳定光源3类。其中,稳定光源使用最 为普遍,它采用半导体激光器(LD)或发光二极管 (LED),可产生0.85 I.Lm、1.3 I.Lm、1.55 I.Lm等波长 的光,正好与光纤的低损耗窗口相吻合。为提高其 稳定性,LD光源中还设有自动功率控制(APC)和 自动温度控制(ATC)装置,其框图如图3所示。 光输出 图3 LD光源原理 Fig.3 Laser diode photosource schematic diagram 光功率计的基本结构由主机和探头2部分组成, 光功率计的基本原理如图4所示,当被测光照射到光 检测器上即产生相应的光电流,主机部分的作用是把 检测到的电信号放大和模/数转换电路转换成数字信 号,并送入CPU,经CPU处理后的数字信号最后以光 功率值或相应的功率电平形式显示出来。 图4光功率计原理 Fig.4 Light dynamometer schematic diagram 1)电源开关:使用交流电源应置于“AC”;使 用电池或直流电源应置于“DC”; 2)根据信号的强弱和波长将量程开关拨到相 应位置;遮蔽受光口进行手动调零(有些仪器具有 自动调零),注意每次换挡后均要重新调零; 3)接入待测光信号; 4)读出相应数值(dBm或w),还可通过“dB (REL)”键显示出功率的相应值; 5)为避免接收端口连接时所引起的误差,可 反复测量几遍取平均值。 使用光功率计的注意事项: 1)选择与待测光源相匹配的波长范围; 2)如果待测光由活动连接器输出,应将活动 连接器端面清洗干净后再与光功率计相连接,如果 是裸光纤,则需配用相应的裸光纤适配器和连接器 附加器; 3)注意保持活动连接器探头的清洁,不用时 必须盖上防尘罩。 测量光纤功率损耗时,要求光功率计配合相应 的光源进行测量,如图5所示。 光纤跳线 光纤跳线 l I 图5光纤损耗的测量 Fig.5 Wear and tear survey of the optical fiber (2)光时域反射仪 光时域反射仪(OTDR)是利用后向散射法技 术的一种实用化仪表。它具有广泛的用途,可用于 测量光纤衰减、接头损耗、光纤长度、光纤故障点的 位置以及了解光纤沿长度的损耗分布情况等,而且 它可以非破坏性地从光纤的一端进行测量,所以它 是一种很有前途的测试手段,是光纤及光缆施工、 维护工作不可缺少的仪表。 光时域反射仪是由光发送电路、光接收检测电 路、信号调理电路、数字信号处理电路及CPU和外 维普资讯 http://www.cqvip.com ・经验交流・ 张育兵 SDH光纤传输系统的现场测试 ‘69・ 围电路组成,如图6所示。 测 纤 图6 OTDR原理 Fig.6 Optical time domain reflection schematic diagram 1)光发送电路 光发送电路的作用是产生强而窄的光脉冲,再 通过驱动电路调制发光器件的发光强度,完成电光 变换。 2)光接收电路 从图6可看出,经过光纤传输过程中,返回来 的背向散射光及反射光经耦合送入光接收电路,由 光检测器件把微弱的光信号转换成相应的电信号。 3)数字信号处理电路 经过信号调理电路,再由高速取样保持电路和 高速A/D变换,将模拟电信号变换成数字信号。 由于检测到的光信号本身非常微弱,淹没在一片随 机噪声中,需要经过数字平均电路处理才能提高信 噪比。 测量原理:背向散射法不用剪断光纤,是一种 非破坏性测试方法。把窄的光脉冲注入光纤端面 作为探测信号,在光脉冲沿着光纤传播时,各处瑞 利散射的背向散射部分将不断返回光纤的入射端, 当向前传播的光信号遇到光纤端面或断裂面时,就 会产生菲涅尔反射,背向反射光也会返回光纤入射 端。通过合适的光耦合和高速响应的光电检测器 检测到输入端的背向光的大小和到达时间,就能定 量地测量出光纤的传输特性、长度和故障等。 主要功能如下: 1)确定光纤损耗 图7 OTDR显示实例 Fig.7 Optical time domain reflection demonstrates 根据图7显示的背向散射功率数值,即可确定 光纤损耗,为 A,=(10/2L)lg(P,/P ) (2) 式中P,为光纤输入端进入光纤的功率;P 为从光 纤末端返回的背向散射光功率;L为光纤长度;A, 为单位长度的光纤损耗(dB/km)。 2)确定光纤长度 光纤长度为 L=CT/2n1 (3) 式中 rt,为光纤纤芯折射率;C为光在真空中的 传播速度(3×10。m/s);T为利用OTDR中的定 时装置测得光信号从始端到某点再反向传回始 端的时间。 3)确定故障点 如果光纤中存在有断裂点,则脉冲在该处发生 衰减和反射,测量时,由显示波形可读出散射信号 消失或损耗突然变大的时间,根据计算光纤长度的 方法就可计算出故障点的位置,将测定的故障点位 置和实际故障点的位置之间的差距称为“盲区”, 一般的OTDR盲区均可做到10 m以下。 4)确定光纤接头损耗 两根光纤的接头处将产生接头损耗,在背向散 射波形上损耗发生突变的位置即为接头点,如图7 所示中的B、c两点。其垂直落差值即为该接头的 衰耗(可从显示波形上直接读出)。 5)测定沿光纤长度的损耗分布 根据背向散射曲线即可测定沿光纤长度的损 耗分布,斜率大的曲线段表示该段光纤损耗大,反 之光纤损耗小。 注意事项: 1)根据被测光的模式及波长选择合适的插 件,使光信号的模式及波长与被测光纤保持一致; 2)根据被测光纤长度和衰耗的大小,选择合 适的量程及光脉冲宽度; 3)设置精确的折射率凡值:仪表所显示的光 纤长度故障点位置,是由仪表内部微机根据测试者 所设置的凡值计算求得(仪表面板上有设置键)。 因此所设置的凡值将直接影响测试精度; 4)测试时,必须在被测光纤与仪表之间加接 1段0.5~2 km的过渡光纤(其特性应与被测光 纤相一致),以消除前端面反射脉冲产生的盲区 及因饱和或其他不稳定因素造成的影响,减小测 试误差。 (3)误码分析仪 在日常维护中,误码分析仅可对整个系统进行 维普资讯 http://www.cqvip.com ・70・ 电 力 孽 饶 c丕 信 2006,27(163) 不中断业务的测量,定量确定出系统运行质量的优 劣,而且还可作为一台标准的信号发生器使用。误 码分析仪可进行长期平均误码率、误码秒、严重误 群和二次群系统,应采用2”一1位伪随机序列, 对三次群以上系统,应采用2 一1位伪随机序 列。误码检测部分包括本地伪随机序列产生器。 同步电路及误码检测器,本地伪随机序列产生器 与发送部分的序列完全相同并通过同步设备与 接收到的码序列强迫同步。误码检测器将本地 码秒、劣分化等项目的测试,进而形成对误码进行 分析和判别的一系列指标。 误码分析仪由发送、误码检测和计数3部分组 成,如图8所示。 码序列与接收码序列进行对比,不一样的即为误 码。计数器统计误码数量,最后按照要求显示出 发送部分l匝 至亘 ——.【 垂 夏至叵: i H一发码 误码测量结果。 (F) 误码检 参考文献: 测部分 [1] 王辉.光纤通信[M].北京:电子工业出版社,2004. [2] 杨同友,刘炎卿.光纤通信系统测试[M].北京:人民 邮电出版社,1993. 图8误码分析仪 Fig.8 Bit errors analyzer block diagram 张育兵(1971一),男,江西上饶人,工程师,从事电力 通信系统运行维护管理工作。 发送部分主要是产生伪随机脉冲序列,对基 On・Site test of SDH optical fiber transmission system ZHANG Yu—bing (Shangrao Electric Power Supply Company,Shangrao 334000,China) Abstract:With the rapid development of communication technology,the optical fiber cable communication develops rapidly from PDH system to SDH system,and obtains the widespread applications in telecommunications in electircal power system.The article explains the main contents and parameters of the optical fiber transmission system in on—site test,introduces conceptions of error code,jitter and dritfing performance in the light interface and communications system,analyses their reasons,introduces the work— ing principle of measuring instrument and testing method.By on—site testing,the SDH system can be managed and operated easily. Key words:SDH;fiber optic transmission;on—site test 华为3Com构筑广西柳州电力城域网 为适应中国电力行业向市场化运作的根本转型,快速提升整体核心竞争力,近日,广西柳州与华为3Corn携手,共同完 成了电力城域网连接建设项目,建成了一个安全、高效、易管理、易扩展的城域网络,极大地提升了广西柳州电力现有业务 的运营效率和服务质量,为国内电力城域网工程建设的全面实施提供了有益尝试。 据悉,此网建设是为了实现110 kV站的联网和整个电力调度数据网的相互连接。建成后,该网络将充分发挥计算机 网络和信息系统的作用,承载视频会议、调度生产实时信息,使广西柳州城域网的各种数据更安全、可靠、实时地传送。 经反复调研和对比。广西柳州市选择了华为3Com的电力系统连接解决方案,在核心层和骨干层采用了电信级的高端 路由器NE08E,从而在设备级层面就做好了网络的可靠性保证。在配置上,实施双主控配置,保证了在发生故障时,可自动 倒换到备用主控板上,且主机不会重启。整网采用分布式体系结构,保证在部分业务板出现故障时,不会影响到其他业务 板,很好地避免了集中式体系的弊端。不仅如此,双电源、无源背板的设计、接入节点通过AR28—40热插拔,能最大程度地 保证设备和接入节点的可靠性。 广西柳州市通过建立电力城域网。构建了一个先进、灵活、可靠、基于标准、主要面向集团用电用户和家庭个人用电用 户的覆盖整个区域的多业务平台。利用这个网络,不仅可以高效运行电费管理等业务系统,还能够以该网络为平台开展多 媒体视频会议、高速互联网业务、远程办公自动化系统、VoIP等各种数据服务。 (华为3Com技术有限公司) 

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