高速光通信系统

文章摘要：从眼图能得到几个关键的参数。抖动是通过分析信号在眼图交叉点横向扩展程度测定的。抖动的可接受程度与位率有关,通常应小于位率的1%。边沿速度是通过模板测试间接测定的。如果信号太小，眼图会与模板的多边形相交并使它变形。通常不允许扰乱波形模板。消光比是按眼图中心区逻辑“1”电平与逻辑“0”电平的比值测定的。该测量表示激光器的可使用输出功率转换为调制功率的效率。消光比指标通常在8.2～13dB(6.6～20)范围内,视应用而定。在现代数字通信分析仪中,抖动、模板测试、消光比、以及平均功率都是自动测量的。一旦发射器的特性已经测定,且已超过最低可接受的性能,能保证整合后的系统有满意的BER吗?或许能。光纤链

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　　从眼图能得到几个关键的参数。抖动是通过分析信号在眼图交叉点横向扩展程度测定的。抖动的可接受程度与位率有关,通常应小于位率的1%。边沿速度是通过模板测试间接测定的。如果信号太小，眼图会与模板的多边形相交并使它变形。通常不允许扰乱波形模板。消光比是按眼图中心区逻辑“1”电平与逻辑“0”电平的比值测定的。该测量表示激光器的可使用输出功率转换为调制功率的效率。消光比指标通常在8.2～13dB(6.6～20)范围内,视应用而定。在现代数字通信分析仪中,抖动、模板测试、消光比、以及平均功率都是自动测量的。

　　一旦发射器的特性已经测定,且已超过最低可接受的性能,能保证整合后的系统有满意的BER吗?或许能。光纤链路存在一定的衰减量和色散。接收器应能接收被光纤严重衰减后的发射信号,且仍能准确地确定每个比特的电平。

　　在光传输期间,各种物理效应很可能降低接收器的输入信号质量。这些效应涉及路由上的衰减,将信号质量降低至与噪声不可区分的程度;色散效应,使脉冲随时间向外扩展,甚至各个脉冲可能互相重叠。

　　光接收器的任务是判定原始脉冲究竟是“1”还是“0”。其很重要的任务是发现时间上一致的参考点,即位周期的中心点。该工作是由时钟恢复电路完成的。该电路产生的时钟与接收到的数据有严格的关系, 是判定时序的理想参考。判定电路在相对于新产生时钟信号的固定点拍摄输入信号的瞬时图形。该图形与该瞬时的阈值电压电平进行比较,如果输入信号高于阈值,则将它记作为“1”;若低于阈值则为“0”。电路给出的数据流应是在光纤另一端的光发射器原始数据的忠实复现。

　　那么,还会发生什么样的错误呢?错误判定的原因是多方面的。例如,电压阈值设置太低,某些“0”电平加上路由上足够的Gaussian噪声后会高于阈值,这些“0”被错误地识别为“1”;类似地,阈值设置太高,某些“1”被错误地记作为“0”。如果判定点设置太早或太迟,同样会产生各种问题。这里的危险在于,电路不在位中心点采样,而是试图在过渡期间或接近过渡处进行判定。

　　其它一些因素也会影响正确地设置判定电压。要是时钟恢复电路引入的抖动过大,那末判定点在位周期内快速地、不可预测地移动。发射器或接收器电路设计不良造成的影响是不同的,与位序列有关。例如,101010一类图形具有较多高频成分,但图形中全“1”或全“0”的序列含有较多的低频成分。如果电路的高频性能或低频性能较差,这类图形在通过电路后则会产生畸变。这些畸变导致错误的判定,因此称为“图形相关的错误”。

　　通常用误码率测试仪(BERT)图形发生器、高质量光发射器、可变衰减器和功率计来测试接收器的BER。接收器的输出则反馈至BERT的误码检测器(参见图5)。对一个设计良好的接收器,输入功率处于设计输入范围的中心区通常是不成问题的,这里描叙的测试装置应在无错误条件下进行。 接收器性能的两个主要测量参数是在极低输入功率下的BER性能(“接收器灵敏度”)和高输入功率下的BER性能(“接收器过载”)。接收器灵敏度定义为误码率超过规定量前接收器所能接收的最低光输入功率。例如,可将灵敏度规定为BER是1×10-10时的最小输入功率。BER的测量是在无错误工作区开始的,然后用衰减器来减小输入信号电平,直到发生误码为止。接收器灵敏度的功率电平通常用相对于1mW的分贝数(dBm)给定。例如，对OC-48,接收器灵敏度在BER为1×10-10时是-24dBm。

　　接收器过载可按类似方法测量，这时应增加接收器的输入功率直至达到规定的BER。同样,对OC-48接收器,过载在BER为1×10-10时可能是1dBm。在这两种场合，还要规定使用的测试图形。例如,对光纤信道及千兆位以太网,数据结构的较好近似是27-1伪随机二进序列(PRBS);而对SONET,对电路的数据结构的要求更高,通常用223-1,甚至231-1PRBS来仿真。

　　数据在时间上的不稳定性称为抖动。总体说来，发送位周期是不固定的。从数据提取接收器的时钟，有助于确保位是正确地接收的。为了验证时钟恢复电路能跟踪变化的数据率，还须进行抖动传输测量。在此测量中,让数据人为地在一定频率范围内抖动。这时,恢复时钟的抖动应能跟踪输入数据的抖动。最终,恢复时钟跟不上抖动的快速变化。画出恢复时钟抖动与输入数据抖动之比对抖动频率的关系,其形状通常与低通滤波器类似。确定接收器在多大的抖动下仍能保持良好的BER也是十分重要的。测试的方法是,连续地增加抖动幅度直到不能保持预定的BER。测试通常按几个抖动比完成,称之为抖动容限。

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