專利名稱：突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)的突發(fā)時間特性和誤碼率測試裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明屬于光電子技術和光纖通信技術領域。特別涉及光信號在PON(無源光網(wǎng)絡中)的傳輸性能的測量。
背景技術：
無源光網(wǎng)絡技術被認為是最具潛力的寬帶接入方案之一。無源光網(wǎng)絡的上行信道是一種突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)，對該系統(tǒng)的性能測試是非常必要的。但是，目前測試設備還沒有完全成熟。目前常用的突發(fā)式存貯示波器用于測試突發(fā)式光發(fā)射模塊的眼圖。但是僅用眼圖來評價其性能是遠遠不夠的，特別是對于突發(fā)式光接收模塊而言。這是因為，經(jīng)過光接收模塊的輸出級的限幅放大器后，信號已經(jīng)完成判決，即使眼圖質量很好，但也可能有誤碼存在。因此，最直接的突發(fā)模塊的評估方法是對被測光模塊進行突發(fā)式的誤碼測試。

發(fā)明內(nèi)容
本測試裝置完全模擬突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)中實際的工作模式和應用環(huán)境，用直接的方式對系統(tǒng)的突發(fā)響應時間特性和誤碼特性進行測試。應用這種測試裝置，可以針對G-EPON(基于以太網(wǎng)的無源千兆光網(wǎng)絡)中突發(fā)光收發(fā)模塊和其它光電子器件的突發(fā)響應時間特性及其對系統(tǒng)性能的影響進行測試。它將成為無源光網(wǎng)絡設備和關鍵光電子器件的開發(fā)提供良好的測試平臺。
本發(fā)明的特征在于，該裝置含有一片數(shù)字集成電路芯片，在該芯片內(nèi)集成有突發(fā)響應時間和誤碼率測試單元、突發(fā)信號產(chǎn)生單元、突發(fā)信號接受單元，其中突發(fā)響應時間和誤碼率測試單元含有并接口電路，地址輸出端和外部單片機相應的地址端相連，數(shù)據(jù)輸出端和外部單片機相應的數(shù)據(jù)端相連，通過單片機和CPU通信，還包括兩個輸入端(Num，Addr)和使能信號輸出端分別和內(nèi)部電路相連；使能控制電路，發(fā)送兩路控制信號ONU1_Control信號和ONU2_Control信號，該使能控制電路的輸入端和前所述并接口電路的使能信號輸出端相連；碼元比較器，預設有如下格式的突發(fā)信號幀同步位，可變個數(shù)的K28.5碼，正、負極性交替發(fā)送，用于測試突發(fā)響應時間；標記位，K28.6碼，2位，正，負極性交替發(fā)送，用于固定一個突發(fā)幀；ID，用于區(qū)別發(fā)送源，字長為1；可變長度的偽隨機10B碼，用于測試誤碼率；冗余部分；誤碼計算電路其輸出為響應時間和誤碼率，該誤碼率計算電路的輸入端與前所述碼元比較器的相應輸出端相連；該誤碼計算電路輸出端(Num，Addr)與前所述的并接口電路的相應輸入端(Num，Addr)相連；突發(fā)信號產(chǎn)生單元，含有第一碼型控制電路，用于控制第一路信號發(fā)送用的；第一計數(shù)電路，含有如下計數(shù)器count0，對第一路信號的發(fā)送狀態(tài)輸出全0碼個數(shù)計數(shù)；count1，對所送的第一路突發(fā)信號幀中同步位的同步位個數(shù)計數(shù)；count2，對標記位計數(shù)，count4對偽隨機數(shù)據(jù)的個數(shù)計數(shù)；count5對所發(fā)送的第一路信號幀中冗余部分的個數(shù)計數(shù)；第一數(shù)據(jù)輸出電路用于輸出第一路信號，除了預置有如上所述格式的突發(fā)信號幀外，還設置有如下格式的測試幀同步位，124個K28.5碼，正、負極性交替發(fā)送；標記位，K28.2碼，單個正極性碼元；冗余部分，無窮多個；所送測距碼是用于在兩路發(fā)送時測定每路相對于光線路端的距離，以控制每一路信號的發(fā)送時刻，防止兩路信號在光纖中重疊用的；第二路碼型控制電路，用于控制第二路信號發(fā)送用的；第二計數(shù)電路，含有和所述第一計數(shù)電路相同的計數(shù)器類型，用于對第二路信號的計數(shù)；第二數(shù)據(jù)輸出電路，同樣含有如上所述格式的測距幀和突發(fā)信號幀，是用于輸出第二路信號用的；所述第一碼型控制電路和第一計數(shù)電路的輸出端分別和所述第一數(shù)據(jù)輸出電路的相應輸入端相連，所述第一碼型控制電路和第一計數(shù)電路的輸入端分別和使能控制電路的相應輸出端相連；所述第二碼型控制電路和第二計數(shù)電路的輸出端分別和所述第二數(shù)據(jù)輸出電路的相應輸入端相連，所述第二碼型控制電路和第二計數(shù)電路的輸入端分別和使能控制電路的相應輸出端相連；在每次發(fā)送突發(fā)信號時，先進行測距，如果第二路距離大，則讓第二數(shù)據(jù)輸出電路先發(fā)，而第一數(shù)據(jù)輸出電路后發(fā)，否則正好相反；假設第二數(shù)據(jù)電路先發(fā)，領先時間為T＝T1+T2+TL，TL為所送第一路突發(fā)信號ONU1以及第二路突發(fā)信號ONU2各自的幀長所對應的時間，T1為ONU2發(fā)送端與ONU1發(fā)送端各自離終端距離之差所對應的時間間隔，T2為第二路信號ONU2到達終端時，第一路信號ONU1滯后于所述第二路信號ONU2的時間間隔，是設定值；在發(fā)送完第一對突發(fā)信號后，每個同類型的突發(fā)信號幀以間隔T′＝2T2+TL發(fā)送；光線路終端數(shù)據(jù)接受單元，該單元的輸出端與所述碼元比較器的輸入端相連；四通道復用器，采用S2204芯片，該芯片有兩組輸入端，每組有突發(fā)信號輸入端和激光器使能信號輸入端，第一組輸入端與所述第一數(shù)據(jù)輸出電路相應的兩個輸出端相連，第二組輸入端與所述第二數(shù)據(jù)輸出電路相應的兩個輸出端相連，所述激光器使能信號當發(fā)送碼流狀態(tài)為非空閑狀態(tài)時開始，連續(xù)發(fā)送，一直到發(fā)送碼流為空閑狀態(tài)為止，所述S2204芯片是發(fā)送給兩個激光器的中斷信號；突發(fā)時鐘恢復與解復用器采用ZenKo芯片，所述兩組激光器一次經(jīng)過光合路器、光纖雪崩二極管通向所述ZenKo芯片，輸出光線路終端數(shù)據(jù)；該ZenKo芯片的光線路終端數(shù)據(jù)輸出端與所述光線路終端數(shù)據(jù)接收端元的相應輸入端相連。
突發(fā)模式下的光通信系統(tǒng)中，光電子器件的特性與在連續(xù)工作時有很大的區(qū)別，其最具體表現(xiàn)在于系統(tǒng)中各種光電子器件在處理突發(fā)信號時存在突發(fā)響應時間，在此響應時間內(nèi)，突發(fā)信號的傳輸將存在有非常多的誤碼。因此，突發(fā)響應時間是突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)中的最重要參數(shù)之一。另外，由于系統(tǒng)工作在突發(fā)模式，常用的連續(xù)工作模式下的誤碼測試設備只能測出系統(tǒng)的平臺誤碼率，很難測出突發(fā)光傳輸系統(tǒng)在突發(fā)響應時間之后的誤碼率。因而，本發(fā)明將實現(xiàn)一種可以測量突發(fā)模式下光纖傳輸系統(tǒng)的突發(fā)響應時間和誤碼率。同時，它還能工作在連續(xù)模式，測量連續(xù)工作模式下的光纖傳輸系統(tǒng)的性能。這樣，該裝置將非常方便地用于測量無源光網(wǎng)絡中信道的突發(fā)響應特性和傳輸性能，即可以同時適用于無源光網(wǎng)絡中連續(xù)工作模式的上行光信道的性能測試，也能適用于突發(fā)工作模式的上行光信道的性能測試。
發(fā)送7個K28.5，信號接收電路可以接收到一個幀，發(fā)送6個K28.5，就接收不到一個幀，因此得到激光器突發(fā)響應時間為48ns，誤差為8ns。
測距得到數(shù)據(jù)如下

得到圖示(見附圖8)其中斜率為k＝0.6132byte/m＝4.9056ns/m＝4.9056ms/km。
分析距離為0米時，時間為36byte主要是由于電路延時和測試儀器裝置本身具有的光程決定。
斜率和實際情況有一些偏差，主要是由于時鐘晶振并非準確125Mhz造成的。


圖1為系統(tǒng)總體結構示意圖。
圖2為誤碼率測試儀基本電路。
圖3為PC通信連接示意圖。
圖4為ONU發(fā)送時序圖。
圖5為OLT接收時序圖。
圖6為突發(fā)響應時間測試原理圖。
圖7為多路發(fā)送原理圖。
圖8為距離測試結果。
具體實施例方式圖1是本發(fā)明提出的突發(fā)光通信系統(tǒng)突發(fā)時間特性和誤碼率測試儀的原理框圖。它分為突發(fā)信號發(fā)生單元、四通道復用模塊、突發(fā)時鐘恢復與解復用模塊、突發(fā)信號接收單元和突發(fā)響應時間和誤碼測試單元五個部分，其中在突發(fā)模式下數(shù)據(jù)傳輸?shù)那皫讉€byte會出現(xiàn)誤碼，這段時間就是突發(fā)響應時間。為了準確傳輸數(shù)據(jù)，我們必須測出這段時間，在這里我們通過對這段特定時間的誤碼個數(shù)計數(shù)實現(xiàn)測量，為具體測量設計突發(fā)信號幀格式如下(1)突發(fā)信號幀

①同步位可變個數(shù)的k28.5，+，-極性交替發(fā)送，用于測試突發(fā)響應時間；②標記位k28.6碼，2位，+，-極性交替發(fā)送，固定一個突發(fā)幀；③ID用來區(qū)別發(fā)送源，字長為1；④可變長度的偽隨機10B碼，用于測試誤碼率；⑤冗余部分，56位k28.2，+，-極性交替發(fā)送；ONU發(fā)送和OLT接收幀的時序圖見附圖4和附圖5。所述ONU為光網(wǎng)絡單元，OLT為光線路終端。
突發(fā)響應時間在突發(fā)模式下，一個幀的幀頭前幾個byte會被吃掉而形成誤碼，見附圖6。發(fā)送端的發(fā)送幀幀頭有L個28.5碼元，接收端只接收到M個。則有N＝L-M個K28.5碼元被吃掉，N對應的時間就是突發(fā)響應時間。
同時接收機如果沒有收到幀頭的K28.5碼元(M＜＝0)，那么整個幀同步不上就會被丟棄。因此我們通過改動幀頭K28.5的個數(shù)(L)可以確定突發(fā)響應時間。只有當K28.5的個數(shù)L＞N時整個幀才能被接收到，因此N＝Lmin-1，突發(fā)響應時間為(Lmin-1)×8ns。(Lmin為能接收到幀的最少同步位個數(shù))誤碼率把接收到的偽隨機數(shù)據(jù)和本地產(chǎn)生的偽隨機數(shù)據(jù)(固定序列)進行比較，得到誤碼個數(shù)同時計算出誤碼率。
為了測量多路信號之間的相互影響，我們設計實現(xiàn)多路發(fā)送。在多路發(fā)送時，如果直接發(fā)送，則信號在光纖中會重疊，導致錯誤。所以必須測出每路相對于OLT的距離，同時控制每一路的發(fā)送時刻。
具體設計測距幀格式如下(1)測距幀

①同步位124個k28.5，+，-極性交替發(fā)送，②標記位K28.2，單個+極性碼元③冗余部分，無窮多個測距首先利用124個K28.5使接收端同步上這個幀，接著發(fā)送完K28.2+后計數(shù)器開始計數(shù)，接收到K28.2計數(shù)停止，如果計數(shù)為x，則距離為1.6x米(每8ns傳輸1.6米)。
多路發(fā)送如附圖7，在測距完成后，測得ONU1離終端距離為L1，ONU2離終端距離為L2，且TL2-TL1＝T1，(由于光纖中光速一定，距離和對應的時間成正比)，ONU1和ONU2的幀長都為L。則ONU2領先ONU1發(fā)送，領先時間為T＝T1+T2+TL，發(fā)送完第一對幀后每個ONU以間隔T′＝2T2+TL發(fā)送，這樣在接收端就會接收到幀次序為ONU2-ONU1-ONU2……，同時間隔時間為T2，實現(xiàn)了2路發(fā)送，多路發(fā)送也可同樣實現(xiàn)。
突發(fā)信號發(fā)生單元產(chǎn)生兩組共四個通道的并行突發(fā)信號和激光器的使能信號。并行突發(fā)信號為專門針對突發(fā)應用環(huán)境設計的突發(fā)包，而使能信號用于控制激光器的開啟和關斷。這四個通道的輸出均為10位并行信號，時鐘頻率為125MHZ。
四通道復用模塊是將四通道的并行信號轉化為串行信號，其數(shù)據(jù)速率為1.25Gb/s.為了適應不同的應用環(huán)境，四路突發(fā)信號還可以組合使用。
突發(fā)時鐘恢復與解復用模塊是將輸入的突發(fā)信號進行時鐘與數(shù)據(jù)恢復，同時將它串并變換為10位的并行信號。
突發(fā)信號接收單元的功能是識別輸入的突發(fā)信號的幀結構和讀取相關數(shù)據(jù)。
突發(fā)響應時間和誤碼測試單元則是將發(fā)送的突發(fā)信號與接收的突發(fā)信號進行比較與分析，最終測得突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)的突發(fā)響應時間和誤碼率。
在我們完成的裝置中，復用單元采用采用AMCC公司的S2204復用器，突發(fā)時鐘恢復與解復用單元采用AMCC公司的Zenko的突發(fā)解復用芯片，其它三部分單元采用專用芯片實現(xiàn)。
見圖1～圖3。
本發(fā)明所述的裝置在發(fā)送端和接收端的流程如下光網(wǎng)絡單元即ONU時序(非測距模式)(1)0NU_Control＝’0’，空閑狀態(tài)，把所有計數(shù)器都置為0，Laser_ENA為″0000000000″(激光器不使能)，否則進入步驟2發(fā)送狀態(tài)(2)發(fā)送碼流為空閑字節(jié)″0000000000″，Laser_ENA為″1111111111″(激光器使能)，同時每發(fā)送一次count0加1，如果count0＝Idle_Time(計算機控制的全0字節(jié)數(shù))，則轉入步驟3(3)發(fā)送碼流為K28.5，+，-極性交替發(fā)送，Laser_ENA為″1111111111″，同時每發(fā)送一次count1加1，如果count1＝response_Time(同步位個數(shù)，計算機控制)，則轉入步驟4(4)發(fā)送標記位(K28.6)，+，-極性交替發(fā)送，Laser_ENA為″1111111111″，同時每發(fā)送一次count2加1，如果count2＝″10″，則轉入步驟5(5)發(fā)送ID位，Laser_ENA為″1111111111″，發(fā)送完轉入步驟6(6)發(fā)送偽隨機序列，Laser_ENA為″1111111111″，同時每發(fā)送一次count4加1，如果count4＝Frame_Length(幀中偽隨機數(shù)據(jù)個數(shù)，計算機控制)，則轉入步驟7(7)發(fā)送K28.2，+，-極性交替，Laser_ENA為″1111111111″，同時每發(fā)送一次count5加1，如果count5＝″111000″則返回空閑狀態(tài)。
光線路終端即OLT時序(1)空閑狀態(tài)計數(shù)器清0，如果接收到數(shù)據(jù)OLT_Data＝K28.6，則轉入步驟2預同步狀態(tài)，否則保持空閑狀態(tài)(2)如果再接收到OLT_Data＝K28.6，則轉入步驟3，否則返回空閑狀態(tài)(3)接收ID位，如果不符合要求，返回空閑狀態(tài)，否則轉入步驟4(4)開始接收偽隨機數(shù)據(jù)，同時判斷正誤，正確對count_data加1，否則對count_error加1，每接收一個碼元OLT_count4加1。如果OLT_count4＝Frame_Length，則返回空閑狀態(tài)。
權利要求
1.突發(fā)光纖傳輸系統(tǒng)的突發(fā)時間特性和誤碼率測試裝置，其特征在于，該裝置含有一片數(shù)字集成電路芯片，在該芯片內(nèi)集成有突發(fā)響應時間和誤碼率測試單元、突發(fā)信號產(chǎn)生單元、突發(fā)信號接受單元，其中突發(fā)響應時間和誤碼率測試單元含有并接口電路，地址輸出端和外部單片機相應的地址端相連，數(shù)據(jù)輸出端和外部單片機相應的數(shù)據(jù)端相連，通過單片機和CPU通信，還包括兩個輸入端(Num，Addr)和使能信號輸出端分別和內(nèi)部電路相連；使能控制電路，發(fā)送兩路控制信號ONU1_Control信號和ONU2_Control信號，該使能控制電路的輸入端和前所述并接口電路的使能信號輸出端相連；碼元比較器，預設有如下格式的突發(fā)信號幀同步位，可變個數(shù)的K28.5碼，正、負極性交替發(fā)送，用于測試突發(fā)響應時間；標記位，K28.6碼，2位，正，負極性交替發(fā)送，用于固定一個突發(fā)幀；ID，用于區(qū)別發(fā)送源，字長為1；可變長度的偽隨機10B碼，用于測試誤碼率；冗余部分；誤碼計算電路其輸出為響應時間和誤碼率，該誤碼率計算電路的輸入端與前所述碼元比較器的相應輸出端相連；該誤碼計算電路輸出端Num，Addr與前所述的并接口電路的相應輸入端Num，Addr相連；突發(fā)信號產(chǎn)生單元，含有第一碼型控制電路，用于控制第一路信號發(fā)送用的；第一計數(shù)電路，含有如下計數(shù)器count0，對第一路信號的發(fā)送狀態(tài)輸出全0碼個數(shù)計數(shù)；count1，對所送的第一路突發(fā)信號幀中同步位的同步位個數(shù)計數(shù)；count2，對標記位計數(shù)，count4對偽隨機數(shù)據(jù)的個數(shù)計數(shù)；count5對所發(fā)送的第一路信號幀中冗余部分的個數(shù)計數(shù)；第一數(shù)據(jù)輸出電路用于輸出第一路信號，除了預置有如上所述格式的突發(fā)信號幀外，還設置有如下格式的測試幀同步位，124個K28.5碼，正、負極性交替發(fā)送；標記位，K28.2碼，單個正極性碼元；冗余部分，無窮多個；所送測距碼是用于在兩路發(fā)送時測定每路相對于光線路端的距離，以控制每一路信號的發(fā)送時刻，防止兩路信號在光纖中重疊用的；第二路碼型控制電路，用于控制第二路信號發(fā)送用的；第二計數(shù)電路，含有和所述第一計數(shù)電路相同的計數(shù)器類型，用于對第二路信號的計數(shù)；第二數(shù)據(jù)輸出電路，同樣含有如上所述格式的測距幀和突發(fā)信號幀，是用于輸出第二路信號用的；所述第一碼型控制電路和第一計數(shù)電路的輸出端分別和所述第一數(shù)據(jù)輸出電路的相應輸入端相連，所述第一碼型控制電路和第一計數(shù)電路的輸入端分別和使能控制電路的相應輸出端相連；所述第二碼型控制電路和第二計數(shù)電路的輸出端分別和所述第二數(shù)據(jù)輸出電路的相應輸入端相連，所述第二碼型控制電路和第二計數(shù)電路的輸入端分別和使能控制電路的相應輸出端相連；在每次發(fā)送突發(fā)信號時，先進行測距，如果第二路距離大，則讓第二數(shù)據(jù)輸出電路先發(fā)，而第一數(shù)據(jù)輸出電路后發(fā)，否則正好相反；假設第二數(shù)據(jù)電路先發(fā)，領先時間為T＝T1+T2+TL，TL為所送第一路突發(fā)信號ONU1以及第二路突發(fā)信號ONU2各自的幀長所對應的時間，T1為ONU2發(fā)送端與ONU1發(fā)送端各自離終端距離之差所對應的時間間隔，T2為第二路信號ONU2到達終端時，第一路信號ONU1滯后于所述第二路信號ONU2的時間間隔，是設定值；在發(fā)送完第一對突發(fā)信號后，每個同類型的突發(fā)信號幀以間隔T’＝2T2+TL發(fā)送；光線路終端數(shù)據(jù)接受單元，該單元的輸出端與所述碼元比較器的輸入端相連；四通道復用器，采用S2204芯片，該芯片有兩組輸入端，每組有突發(fā)信號輸入端和激光器使能信號輸入端，第一組輸入端與所述第一數(shù)據(jù)輸出電路相應的兩個輸出端相連，第二組輸入端與所述第二數(shù)據(jù)輸出電路相應的兩個輸出端相連，所述激光器使能信號當發(fā)送碼流狀態(tài)為非空閑狀態(tài)時開始，連續(xù)發(fā)送，一直到發(fā)送碼流為空閑狀態(tài)為止，所述S2204芯片是發(fā)送給兩個激光器的中斷信號；突發(fā)時鐘恢復與解復用器采用ZenKo芯片，所述兩組激光器一次經(jīng)過光合路器、光纖雪崩二極管通向所述ZenKo芯片，輸出光線路終端數(shù)據(jù)；該ZenKo芯片的光線路終端數(shù)據(jù)輸出端與所述光線路終端數(shù)據(jù)接收端元的相應輸入端相連。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于用于無源光網(wǎng)絡中的突發(fā)傳輸系統(tǒng)的突發(fā)時間特性與誤碼特性測試裝置。該裝置包括突發(fā)信號發(fā)送單元和突發(fā)信號接收單元。突發(fā)信號發(fā)送單元能夠產(chǎn)生兩路符合EPON(基于以太網(wǎng)的無源光網(wǎng)絡)光突發(fā)發(fā)送單元要求的突發(fā)信號接口規(guī)模，突發(fā)信號接收機可以快速實現(xiàn)輸入的突發(fā)信號的時鐘同步與接收，從而對光突發(fā)傳輸系統(tǒng)(即上行系統(tǒng))中的各種光器件的性能，特別是突發(fā)模式工作的光發(fā)射和接收模塊的突發(fā)時間特性和誤碼特性進行測試。同時，該裝置也可以在連續(xù)模式下工作，即發(fā)送與接收連續(xù)數(shù)據(jù)信號，此功能可以用于測量無源光網(wǎng)絡的上行傳輸信道的誤碼特性。
文檔編號H04L12/26GK1761181SQ20051008678
公開日2006年4月19日 申請日期2005年11月4日 優(yōu)先權日2005年11月4日
發(fā)明者陳明華, 邱辭源, 石穎, 謝世鐘 申請人:清華大學