突发光纤传输系统的突发时间特性和误码率测试装置

摘要

本发明涉及用于用于无源光网络中的突发传输系统的突发时间特性与误码特性测试装置。该装置包括：突发信号发送单元和突发信号接收单元。突发信号发送单元能够产生两路符合EPON(基于以太网的无源光网络)光突发发送单元要求的突发信号接口规模，突发信号接收机可以快速实现输入的突发信号的时钟同步与接收，从而对光突发传输系统(即上行系统)中的各种光器件的性能，特别是突发模式工作的光发射和接收模块的突发时间特性和误码特性进行测试。同时，该装置也可以在连续模式下工作，即发送与接收连续数据信号，此功能可以用于测量无源光网络的上行传输信道的误码特性。

说明书

技术领域：

本发明属于光电子技术和光纤通信技术领域。特别涉及光信号在PON(无源光网络中)的传输性能的测量。

背景技术：

无源光网络技术被认为是最具潜力的宽带接入方案之一。无源光网络的上行信道是一种突发光纤传输系统，对该系统的性能测试是非常必要的。但是，目前测试设备还没有完全成熟。目前常用的突发式存贮示波器用于测试突发式光发射模块的眼图。但是仅用眼图来评价其性能是远远不够的，特别是对于突发式光接收模块而言。这是因为，经过光接收模块的输出级的限幅放大器后，信号已经完成判决，即使眼图质量很好，但也可能有误码存在。因此，最直接的突发模块的评估方法是对被测光模块进行突发式的误码测试。

发明内容：

本测试装置完全模拟突发光纤传输系统中实际的工作模式和应用环境，用直接的方式对系统的突发响应时间特性和误码特性进行测试。应用这种测试装置，可以针对G-EPON(基于以太网的无源千兆光网络)中突发光收发模块和其它光电子器件的突发响应时间特性及其对系统性能的影响进行测试。它将成为无源光网络设备和关键光电子器件的开发提供良好的测试平台。

本发明的特征在于，该装置含有：

一片数字集成电路芯片，在该芯片内集成有：突发响应时间和误码率测试单元、突发信号产生单元、突发信号接受单元，其中

突发响应时间和误码率测试单元含有：

并接口电路，地址输出端和外部单片机相应的地址端相连，数据输出端和外部单片机相应的数据端相连，通过单片机和CPU通信，还包括两个输入端(Num，Addr)和使能信号输出端分别和内部电路相连；

使能控制电路，发送两路控制信号：ONU1_Control信号和ONU2_Control信号，该使能控制电路的输入端和前所述并接口电路的使能信号输出端相连；

码元比较器，预设有如下格式的突发信号帧：同步位，可变个数的K28.5码，正、负极性交替发送，用于测试突发响应时间；标记位，K28.6码，2位，正，负极性交替发送，用于固定一个突发帧；ID，用于区别发送源，字长为1；可变长度的伪随机10B码，用于测试误码率；冗余部分；

误码计算电路其输出为响应时间和误码率，该误码率计算电路的输入端与前所述码元比较器的相应输出端相连；该误码计算电路输出端(Num，Addr)与前所述的并接口电路的相应输入端(Num，Addr)相连；

突发信号产生单元，含有：

第一码型控制电路，用于控制第一路信号发送用的；

第一计数电路，含有如下计数器：count0，对第一路信号的发送状态输出全0码个数计数；count1，对所送的第一路突发信号帧中同步位的同步位个数计数；count2，对标记位计数，count4对伪随机数据的个数计数；count5对所发送的第一路信号帧中冗余部分的个数计数；

第一数据输出电路用于输出第一路信号，除了预置有如上所述格式的突发信号帧外，还设置有如下格式的测试帧：同步位，124个K28.5码，正、负极性交替发送；标记位，K28.2码，单个正极性码元；冗余部分，无穷多个；所送测距码是用于在两路发送时测定每路相对于光线路端的距离，以控制每一路信号的发送时刻，防止两路信号在光纤中重叠用的；

第二路码型控制电路，用于控制第二路信号发送用的；

第二计数电路，含有和所述第一计数电路相同的计数器类型，用于对第二路信号的计数；

第二数据输出电路，同样含有如上所述格式的测距帧和突发信号帧，是用于输出第二路信号用的；

所述第一码型控制电路和第一计数电路的输出端分别和所述第一数据输出电路的相应输入端相连，所述第一码型控制电路和第一计数电路的输入端分别和使能控制电路的相应输出端相连；

所述第二码型控制电路和第二计数电路的输出端分别和所述第二数据输出电路的相应输入端相连，所述第二码型控制电路和第二计数电路的输入端分别和使能控制电路的相应输出端相连；

在每次发送突发信号时，先进行测距，如果第二路距离大，则让第二数据输出电路先发，而第一数据输出电路后发，否则正好相反；假设第二数据电路先发，领先时间为T＝T₁+T₂+T_L，T_L为所送第一路突发信号ONU1以及第二路突发信号ONU2各自的帧长所对应的时间，T₁为ONU2发送端与ONU1发送端各自离终端距离之差所对应的时间间隔，T₂为第二路信号ONU2到达终端时，第一路信号ONU1滞后于所述第二路信号ONU2的时间间隔，是设定值；在发送完第一对突发信号后，每个同类型的突发信号帧以间隔T′＝2T₂+T_L发送；

光线路终端数据接受单元，该单元的输出端与所述码元比较器的输入端相连；

四通道复用器，采用S2204芯片，该芯片有两组输入端，每组有突发信号输入端和激光器使能信号输入端，第一组输入端与所述第一数据输出电路相应的两个输出端相连，第二组输入端与所述第二数据输出电路相应的两个输出端相连，所述激光器使能信号当发送码流状态为非空闲状态时开始，连续发送，一直到发送码流为空闲状态为止，所述S2204芯片是发送给两个激光器的中断信号；

突发时钟恢复与解复用器采用ZenKo芯片，所述两组激光器一次经过光合路器、光纤雪崩二极管通向所述ZenKo芯片，输出光线路终端数据；该ZenKo芯片的光线路终端数据输出端与所述光线路终端数据接收端元的相应输入端相连。

突发模式下的光通信系统中，光电子器件的特性与在连续工作时有很大的区别，其最具体表现在于系统中各种光电子器件在处理突发信号时存在突发响应时间，在此响应时间内，突发信号的传输将存在有非常多的误码。因此，突发响应时间是突发光纤传输系统中的最重要参数之一。另外，由于系统工作在突发模式，常用的连续工作模式下的误码测试设备只能测出系统的平台误码率，很难测出突发光传输系统在突发响应时间之后的误码率。因而，本发明将实现一种可以测量突发模式下光纤传输系统的突发响应时间和误码率。同时，它还能工作在连续模式，测量连续工作模式下的光纤传输系统的性能。这样，该装置将非常方便地用于测量无源光网络中信道的突发响应特性和传输性能，即可以同时适用于无源光网络中连续工作模式的上行光信道的性能测试，也能适用于突发工作模式的上行光信道的性能测试。

发送7个K28.5，信号接收电路可以接收到一个帧，发送6个K28.5，就接收不到一个帧，因此得到激光器突发响应时间为48ns，误差为8ns。

测距得到数据如下：

  距离(米)  0  100  200  500  1000  2000  5000  时间(byte)  36  98  160  343  651  1261  3103

得到图示(见附图8)

其中斜率为

k＝0.6132byte/m＝4.9056ns/m＝4.9056ms/km。

分析：

距离为0米时，时间为36byte主要是由于电路延时和测试仪器装置本身具有的光程决定。

斜率和实际情况有一些偏差，主要是由于时钟晶振并非准确125Mhz造成的。

附图说明：

图1为系统总体结构示意图。

图2为误码率测试仪基本电路。

图3为PC通信连接示意图。

图4为ONU发送时序图。

图5为OLT接收时序图。

图6为突发响应时间测试原理图。

图7为多路发送原理图。

图8为距离测试结果。

具体实施方式：

图1是本发明提出的突发光通信系统突发时间特性和误码率测试仪的原理框图。它分为突发信号发生单元、四通道复用模块、突发时钟恢复与解复用模块、突发信号接收单元和突发响应时间和误码测试单元五个部分，其中：

在突发模式下数据传输的前几个byte会出现误码，这段时间就是突发响应时间。为了准确传输数据，我们必须测出这段时间，在这里我们通过对这段特定时间的误码个数计数实现测量，为具体测量设计突发信号帧格式如下：

(1)突发信号帧

  同步位  标记位  ID 可变长度的伪随机10B数据  冗余部分

①同步位：可变个数的k28.5，+，-极性交替发送，用于测试突发响应时间；

②标记位：k28.6码，2位，+，-极性交替发送，固定一个突发帧；

③ID：用来区别发送源，字长为1；

④可变长度的伪随机10B码，用于测试误码率；

⑤冗余部分，56位k28.2，+，-极性交替发送；

ONU发送和OLT接收帧的时序图见附图4和附图5。所述ONU为光网络单元，OLT为光线路终端。

突发响应时间：在突发模式下，一个帧的帧头前几个byte会被吃掉而形成误码，见附图6。发送端的发送帧帧头有L个28.5码元，接收端只接收到M个。则有N＝L-M个K28.5码元被吃掉，N对应的时间就是突发响应时间。

同时接收机如果没有收到帧头的K28.5码元(M＜＝0)，那么整个帧同步不上就会被丢弃。因此我们通过改动帧头K28.5的个数(L)可以确定突发响应时间。只有当K28.5的个数L＞N时整个帧才能被接收到，因此N＝L_min-1，突发响应时间为(L_min-1)×8ns。(L_min为能接收到帧的最少同步位个数)

误码率：把接收到的伪随机数据和本地产生的伪随机数据(固定序列)进行比较，得到误码个数同时计算出误码率。

为了测量多路信号之间的相互影响，我们设计实现多路发送。在多路发送时，如果直接发送，则信号在光纤中会重叠，导致错误。所以必须测出每路相对于OLT的距离，同时控制每一路的发送时刻。

具体设计测距帧格式如下：

(1)测距帧

  K28.5+，-(124个)  K28.2+  ″1010101010″

①同步位：124个k28.5，+，-极性交替发送，

②标记位：K28.2，单个+极性码元

③冗余部分，无穷多个

测距：首先利用124个K28.5使接收端同步上这个帧，接着发送完K28.2+后计数器开始计数，接收到K28.2计数停止，如果计数为x，则距离为1.6x米(每8ns传输1.6米)。

多路发送：如附图7，在测距完成后，测得ONU1离终端距离为L₁，ONU2离终端距离为L₂，且T_L2-T_L1＝T₁，(由于光纤中光速一定，距离和对应的时间成正比)，ONU1和ONU2的帧长都为L。则ONU2领先ONU1发送，领先时间为T＝T₁+T₂+T_L，发送完第一对帧后每个ONU以间隔T′＝2T₂+T_L发送，这样在接收端就会接收到帧次序为ONU2-ONU1-ONU2……，同时间隔时间为T₂，实现了2路发送，多路发送也可同样实现。

突发信号发生单元产生两组共四个通道的并行突发信号和激光器的使能信号。并行突发信号为专门针对突发应用环境设计的突发包，而使能信号用于控制激光器的开启和关断。这四个通道的输出均为10位并行信号，时钟频率为125MHZ。

四通道复用模块是将四通道的并行信号转化为串行信号，其数据速率为1.25Gb/s.为了适应不同的应用环境，四路突发信号还可以组合使用。

突发时钟恢复与解复用模块是将输入的突发信号进行时钟与数据恢复，同时将它串并变换为10位的并行信号。

突发信号接收单元的功能是识别输入的突发信号的帧结构和读取相关数据。

突发响应时间和误码测试单元则是将发送的突发信号与接收的突发信号进行比较与分析，最终测得突发光纤传输系统的突发响应时间和误码率。

在我们完成的装置中，复用单元采用采用AMCC公司的S2204复用器，突发时钟恢复与解复用单元采用AMCC公司的Zenko的突发解复用芯片，其它三部分单元采用专用芯片实现。

见图1～图3。

本发明所述的装置在发送端和接收端的流程如下：

光网络单元即ONU时序(非测距模式)：

(1)0NU_Control＝’0’，空闲状态，把所有计数器都置为0，Laser_ENA为″0000000000″(激光器不使能)，否则进入步骤2发送状态

(2)发送码流为空闲字节″0000000000″，Laser_ENA为″1111111111″(激光器使能)，同时每发送一次count0加1，如果count0＝Idle_Time(计算机控制的全0字节数)，则转入步骤3

(3)发送码流为K28.5，+，-极性交替发送，Laser_ENA为″1111111111″，同时每发送一次count1加1，如果count1＝response_Time(同步位个数，计算机控制)，则转入步骤4

(4)发送标记位(K28.6)，+，-极性交替发送，Laser_ENA为″1111111111″，同时每发送一次count2加1，如果count2＝″10″，则转入步骤5

(5)发送ID位，Laser_ENA为″1111111111″，发送完转入步骤6

(6)发送伪随机序列，Laser_ENA为″1111111111″，同时每发送一次count4加1，如果count4＝Frame_Length(帧中伪随机数据个数，计算机控制)，则转入步骤7

(7)发送K28.2，+，-极性交替，Laser_ENA为″1111111111″，同时每发送一次count5加1，如果count5＝″111000″则返回空闲状态。

光线路终端即OLT时序

(1)空闲状态计数器清0，如果接收到数据OLT_Data＝K28.6，则转入步骤2预同步状态，否则保持空闲状态

(2)如果再接收到OLT_Data＝K28.6，则转入步骤3，否则返回空闲状态

(3)接收ID位，如果不符合要求，返回空闲状态，否则转入步骤4

(4)开始接收伪随机数据，同时判断正误，正确对count_data加1，否则对count_error加1，每接收一个码元OLT_count4加1。如果OLT_count4＝Frame_Length，则返回空闲状态。