第!"卷第"期孝感学院学报#$%&!"!’$&" !!(("年)月*$+,’-%!$.!/0-$1-’!+’0#2,30456-5!((" """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""!对光纤通信数字信号误码性能及误码测试的讨论丁么明!孝感学院物理系"湖北孝感7"!8((#摘!要!文章就光纤通信宽带传输数字信号的比特误码成因进行了分析"结合日本安立公司生产的62)!(-$g误码仪就光复用数字信号误码性能%误码测试原理和测试参数进行讨论"结合比特误码的外观%对猝发长度进行了分析%提出误码相关性"并提供了误码测试的实例&关键词!光纤通信’数字信号’误码’相关性中图分类号!4’:!:&88!!文献标识码!-!!文章编号!8;=8>!)77"!(("#(">((7(>(78!引言!!光纤通信网络的技术本质几乎全是数字化!特别是在长距离"高容量光纤中继线!其传输信号速率每秒高达几百兆甚至上千兆!这些高容量数字信号通过同步时分复用过程形成#8!!$%正因为这个原因!全球两大主导标准得以形成&3$’24技术标准’3W L G P F@L@S Q$R O K G E A’24Z@F T(((同步光纤网络)!3I J技术标准’3W L G P F@L@S QI K B K O Y E AJ K D F E F G P W(((同步数字结构)%而新近推出的$4’技术标准’$R O K G E A4F E L Q R@F O’D O Z@F T>>光传输网络)!将成为数字复用结构的下一个主要修订版本%$4’将借助光复用*开关以及复杂的前向误码校正’.2X)!使使用更长的光波长范围成为可能!使长距离的光纤通信更加富于成本效益%通用误码性能分析仪能够对这些网络中所用的元件和器件进行测试!但是要想对这些网络的系统和子系统的功能进行全面检查!必须使用3$’24*3I J*$4’通信性能分析仪#"$%本文结合日本安立公司生产的62)!(-*g误码仪就光复用数字信号误码性能"误码测试原理和测试参数进行讨论%!!误码分析!!高速传输数字信号必须解决三个关键问题&一是快速提高的比特率!诸如为每个元件设计足够的带宽!这使系统设计更加棘手+二是随着客户要求在越来越小的空间内得到更多连接!端口密度进一步增加!这使串扰性能等参数越来越重要+三是市场要求从供应商得到更低的成本!并且要用较少的元件和最廉价的材料满足工程师尽可能快地解决设计问题%对数字链路的最终测试就是其是否有正确传输比特!通常是以g2,’比特误码率)为单位测量%这里定义g2,为&>0L QK<O4=>#/*L","#A"7#$0((4(K<O4=>#/*E(’$*="(("7Q0((4(-4%$/#$C"’*%("&"$/)"(#47’>#/L’/")V’C"’*%("&"$/)"(#47)g2,通常并不能直接指示哪里有缺陷!但可以使用各种分析方法从g2,性能推导出更多的!!收稿日期!!((">(!>8:!!基金项目!湖北省教育厅自然科学重点项目!!((8-!=((<#!!作者简介!丁么明!8:;">!#"男"湖北孝昌人"孝感学院物理系副教授"理学硕士& ((7(万方数据信息!此类分析可以节省设计过程的时间!并提高工程师的生产率"比特误码率测试仪#g2,4$能够进行g2,的测量"通常!g2,&8‘8(>8!被认为误码率极低!而g2,%8‘8(>!则认为误码率太高!无法接受"但是!一旦测量到g2,!就要靠用户来猜测是什么在导致不可接受的误码率"追溯此类误码原因可能会很耗费时间和精力!即使对于最有经验的工程师也是这样"这就需要借助误码分析来发现更多线索!使检修工作更有目的性"!&8!误码分析简介现在某些g2,4装有误码分析工具"这些特性可用于从输入的数据流推导出更多信息"通过发现误码的精确数目%位置和分组情况!问题就渐渐明朗了"例如!查看图8中数据流中的88个比特!会发现有三个比特出现误码"这就形成"!&=‘8(>8的g2,!即"&88"图8!带误码的88个比特数据流知晓误码的位置会提供更多的信息"位于"和)的误码彼此有关!它们彼此十分靠近!视其称作一次猝发"而位于88的误码距离太远!可以将其看作一个孤立的误码"从这里!可以较为清楚地看出!猝发误码与孤立误码的相对比例"这有助于进一步诊断!设计问题是与随机机制有关!还是与非随机机制有关!例如误码是由于信号不足创成或是与干扰相关的问题"当然!也可以通过其他方式对误码进行分析"例如!通过考察误码之间的比特数目!也会有所发现"如图8所示!通过观察:个良好比特后面跟有一个误码!由此表明系统的设计问题是误码在每十个比特发生一次!诸如在一个十比特宽的并行总线上"!&!!比特误码的外观误码分析可以由对所捕获的误码的各种不同考察构成!这里以带状记录纸为例"图!就是误码分析的直方图示例"图!中!5轴展示发生误码的数目!/轴展示这些误码是以某个特定方式持续的"如图"所示!通过查看一段时间以来的记录片情况!分析仪的屏幕会展示一个直方图"图!!整个误码和猝发误码分量图"!误码分析直方图带状记录纸展示比特误码和猝发误码分量是如何随着时间的推移而变化的!如图"所示"这有助于对电路进行某些操作!诸如用气枪在电路加热!对其部分进行冷却!在振动台上对其进行摇动"对于光纤收发机!带状记录纸则会首先指出!有一个以上的误码机制在起作用"它暗示既有随机机制!又有非随机机制"!&"!猝发长度考察误码的另一方法就是查看猝发一部分的误码"如果有五个误码彼此很靠近!则可以查看猝发中第一个误码和猝发中最后一个误码之间的比特数目!这叫做猝发长度!如图7所示"对于收发机中信号状态不足等缺陷!给出的误码是随机的!噪声是创成误码的主要原因"猝发的长度不会超过8!对于很差的g2,!也可能会看到!或"长度的某个很小的百分比"很明显!类似于图)中情形的猝发长度直方图并非是随机性的"这里必须说明的是!完全由长度8构成的猝发长度直方图并不证明就存在随机机制!非随机机制#诸如码型敏感的数据相关误码$也有可能展示出8猝发长度"图)所示是信号叠加一个电源波动的情形!这对电压干线构成影响!导致误码"直方图所展示的平均猝发长度与干扰尖峰相对应"某个值任意一侧所出现的尖峰较少!经常指示误码的起因’87’对光纤通信数字信号误码性能及误码测试的讨论万方数据在被测电路以外!这是因为干扰并不与数据流同步"所以误码每次出现的比特位置并非总是一样!图7长度主要为8的猝发长度直方图图)!展示有外部源干扰的猝发长发度直方图图;!相关性分析!&7!相关性分析通过误码分析"可以找出可能与故障有关的各个因素的相关性!例如"如果被测电路中有一个8(比特宽的总线"则可能是一个;7比特的计数器导致的故障"可能与正在传递的数据有某些关联性"诸如已知为8;"!比特6C 21数据帧有故障!可以使用这些#黄金数字$来展示其是否相关!相关性分析可以输入一个黄金数字!然后沿/轴绘制比特位置!每次分析仪遇到一个误码"就在该位置标一个黑块"一直持续到遇到与所选黄金数字相对应的位置"然后就再次回到开始处"重复进行!如果误码与数字8(有关"则黑块会在每一次循环时增加"这不一定就是在8(号比特的位置上"但某个位置的黑块数目明显比其它位置多的事实"就证明存在着某种联系!如果黄金数字选择不当"则整个图形显示不出某个位置的黑块数目比其他位置多"正如图;所示!"!误码性能测量!!用误码仪测量误码的方框图如图=所示"误码仪发送部分主要由时钟信号发生器%伪随机码和人工发生器以及接口电路组成!他可以输出种种不同序列长度的伪随机码&从!=>8V K O 到!!">8V K O ’和人工码"以满足X X 044对不同速率的C X 6系统所规定的不同测试用的序列长度"接口电路用来实现输出X 60码%J I g "码%’,h 码%,h 码等码型"以适应符合X X 044要求的被测电路的各种不同接口码型!输出码型经被测信道或被测设备后再由接收部分接收"接收部分可产生一个与发送部分码发生器产生的图案进行比较"如果被测设备产生了任何一个错误比特"都会被检出一个误码并送给误码计数器显示!图=!误码测量方构图实际操作中"该可能性的测量是通过比特误码率&g 2,’测试方法"使用一种通常称为g 2,测试仪或g 2,4的误码性能分析仪来实现!检测原理方构图<所示!图<!g 2,测试系统7!误码测试实例!!以日本安立公司生产的62)!(-(g 误码仪&数字传输分析仪’为例具体仪表的性能指针!数字传输分析仪62)!(-(g 适用于一到四次群数)!7)丁么明万方数据字传输系统!测试比特码速率从8j V K O "Q 到8)(6V K O "Q #其输入$输出接口符合X X 044建议1&=("i &伪随机码图案符合X X 044建议$&8)8#7&8!发送机内部时钟比特率%=(7$!(7<$<77<$"7";<$;<=";$8":!;7j V K O "Q#精度%&k !R R?&在室温’稳定度%(>)(^时偏差&k )R R ?$年偏差&k !R R?偏差%可发送k 8((R R?的频偏外部时钟%频率8j J i >8)(6J i $阻抗=)欧姆$不平衡式$占空比)(H码形图案%伪随机序列!8(>8$!8)>8$!!">8人工码%8>8;比特!可自由编排!!‘<比特零码插入%仅用于伪随机序列!最多右插入8!(个(()插入误码误码率%8(>"$8(>7$8(>)$8(>;插入单个误码%每按键一次产生一个误码输出码%有符合X X 044有关建议的X 60$,h $’,h $-60$J I g "码灵敏度%8(+0>C C "#&在)J i ’显示%(&((>8(&8(+0>C C 7&!!接收机比特率%同发射机误码测量方式%比特误码$码组误码$码块&g %$X j ’误码误码测量项目%误码率$误码计数$误码秒$不误码秒$劣化分状态显示%无信号***表示没有收到信号+失步***表示本地图案参考失步+-03***收到全(8)信号#对于!(7<和平共处77<j V K O "Q 信号在<7<个时钟周期内&"个零#对"7";<j V K O "Q 信号在8)";个时钟周期内&"个零#对8":!;7j V K O "Q 信号!在!:!<个时钟周期内&7个零#!参!考!文!献"!8"!%K ?’B S W D L #4E Q Q P K I D L L K Q #g D P L E E ?-E i P E L B#D O E A &2c R D F K ?D L O E A N D ?@L Q O F E O K @L@M V K R @A E F G @N D Q @R T O K G E A Q R D G O F E A E ?R A K O S N DX I 6-G @??S L K G E O K @L !*"&M 000H O F #6./P ’A "E ",.$48461#8::=#8)$:%&!!"!3D @3d #g D F B ?E Lj&C F S G L E A C,&4F E L Q RE F D L O @R O K G E A L D O Z @F T QZ K O P O K ?D Y N K U K Q K @L?S A O K R A D c K L B !*"&M 000H O 3"8",/O B ("’*-4&&%$#8::;#87&8(":>8()8&!""!j L @c.6#.@F WQ K E T d #I @F E L’*&8(1V K O ’Q Q @A K 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A W O P D K L O D F F D A E O K @LV D O Z D D LD F F @F Y G @N D Q K Q R F @N S G D NE L NO P D K L Y Q O E L G D Q M @F D F F @F Y G @N D?D E Q S F K L B EF D M S F L K Q P D N #O @@&6+78",/5&M K V D F @R O K G G @??S L K G E O K @L (N K B K O E A Q K B L E A (D F F @F Y G @N D (K L O D F F D A E O K @L #责任编辑$陈锦华%*"7*对光纤通信数字信号误码性能及误码测试的讨论万方数据对光纤通信数字信号误码性能及误码测试的讨论作者：丁么明作者单位：孝感学院,物理系,湖北,孝感,432100刊名：孝感学院学报英文刊名：JOURNAL OF XIAOGAN UNIVERSITY年，卷(期)：2003,23(3)被引用次数：1次1.Knox F M;Forysiak W;Doran N J10Gbit/s soli-tion communication systems over standard fiber at1.5μm and the use of dispersion compensation 1995(10)2.Seo S W;Bergman K;Prucnal P R Transparent optical networks with time-division multiplexing[外文期刊] 19963.Lim Nguyen;Tasshi Dennis;Behnaam Aazhang Experimental demonstration of bipolar codes opktical spectral amplitude CDMA communication 1997(09)1.文海霞.史智青.张尤赛.杨真荣光收发模块测试同步信号研究[期刊论文]-电子测量技术 2007(11)本文链接：/Periodical_xgxyxb200303012.aspx。