【摘 要】
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光纤通信技术已广泛运用于各个领域,是现代信息传输最重要的通信技术之一。在光纤传输系统中数字信号的抖动特征是判断系统传输质量的重要参数,特别对于加密光纤传输系统抖动参数将严重影响加密传输的性能。目前对抖动性能的测试主要依靠进口仪表来完成。本文针对2.5 Gb/s数字光信号的抖动测量的需求,提出了光采样与电量化的核心技术方案,设计了眼图恢复与抖动测量的算法和软件,研制了眼图测量仪的原理样机,完成了对S
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光纤通信技术已广泛运用于各个领域,是现代信息传输最重要的通信技术之一。在光纤传输系统中数字信号的抖动特征是判断系统传输质量的重要参数,特别对于加密光纤传输系统抖动参数将严重影响加密传输的性能。目前对抖动性能的测试主要依靠进口仪表来完成。本文针对2.5 Gb/s数字光信号的抖动测量的需求,提出了光采样与电量化的核心技术方案,设计了眼图恢复与抖动测量的算法和软件,研制了眼图测量仪的原理样机,完成了对SDH 2.5 Gb/s、10 Gb/s和千兆以太网1.25 Gb/s的数字光信号抖动的测量。完成的主要研究内容如下:1.基于光采样与电量化的光电模数转换原理,提出了数字光信号抖动测量系统方案,在光域实现了对强度调制数字光信号的直接采样,兼顾了光采样宽带、高速的优势和电量化的高量化位数的特点。依据高速数字光信号具有周期性与重复性的特点,采用了随机等效采样的原理设计了光采样,将光采样速率降至信号速率相当的水平,既满足了对高速数字光信号眼图恢复和抖动的测量,又满足了对后续电量化芯片的速率、带宽的匹配。2.光采样与电量化的模数转换由光采样、时钟与采样电脉冲产生、光脉冲展宽与光电转换和电量化等模块构成。Li Nb O3MZM调制器在偏压电路控制下,配合采样电脉冲的幅度,工作在高消光比开光状态对数字光信号完成采样,获得采样光脉冲序列,再通过多路光纤延迟及光电转换后叠加实现了光脉冲的展宽,匹配了后续的电量化芯片的带宽和速率,提升了光采样与电量化方案的性价比。采用光纤传输延迟精确匹配来实现了光采样与电量化的同步。针对SDH的2.5 Gb/s NRZ数字信号,理论分析了采样精度与采样脉宽的关系,优化设计参数为:采样光脉冲宽度80 ps,重复频率为1.5 GHz,以及匹配的光电转化和电量化电路。3.基于随机等效采样原理,在已知数字光信号速率和精确的采样周期时间,重构数字信号周期,提出了基于眼图睁开面积的时钟恢复算法,该算法具有效率高和精度高的特点,多次迭代得到了高精度时钟和眼图。研制了时钟及眼图恢复的软件,同时设计了抖动分析和Q参数测试软件,包括数字光信号抖动的直方图和Q参数,可以得到抖动的峰峰值、均方根值、平均值,以及误码率等技术指标。4.设计数字光信号抖动测试原理样机,完成了各个功能模块、软件和原理样机的研制,包括一套19英寸3U机箱的主机和一套眼图恢复及抖动测量的软件。解决了Li Nb O3 MZM调制器偏压控制与驱动电路、采样脉冲产生电路、光脉冲展宽、光延迟匹配等技术与工艺难题。建立了测试实验系统,对1.55μm波段的SDH2.5 Gb/s数字光信号进行了眼图恢复和抖动测量。原理样机与实时数字示波器进行了比对测量实验,实验结果表明原理样机具备了相当的测试性能,有效监测了数字光信号的抖动和Q参数及误码率,满足了光纤传输系统的测试要求。5.在完成原理样机的基础上,展开了工程应用研究。采用原理样机分别对1.31μm和1.55μm波段的数字光纤传输系统,包括SDH的2.5 Gb/s、10 Gb/s和千兆以太网1.25 Gb/s的光传输设备,以及可运用于商密光纤传输设备,进行了眼图和抖动分析测试,实现了对不同通信波段、速率和信号体制的数字光信号的测试。测试结果表明,该原理样机可以准确的测量传输设备的数字光信号的眼图和抖动特征,为核心器件光模块的性能提供准确的判据,满足了商密光纤传输系统对数字光信号抖动测量的需求。
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