細(xì)說現(xiàn)代光通信測試技術(shù)發(fā)展動態(tài)

一、引言

光波也是一種電磁波，其波長在微米量級，頻率為1014量級。其頻率比常用的微波高104-105量級，因此理論上的通信容量也是微波通信的104-105倍。實(shí)際上，在19世紀(jì)末就有人嘗試用光信號傳送話音，但是，由于當(dāng)時的光源相干性很差；光波在大氣中傳播受氣候影響嚴(yán)重，很難獲得長距離的穩(wěn)定通信，這是光通信領(lǐng)域的兩大難題。真正實(shí)現(xiàn)光通信得益于20世紀(jì)愛因斯坦、肖洛和唐斯的“光受激輻射理論”、1960年梅曼發(fā)明第一臺激光器、1966年理論上證明了“光導(dǎo)纖維長距離傳輸光波的可能性”、1970年拉制成功低損耗通信用光纖。從此，光通信所面臨的兩大難題都解決了，也就迎來了光通信發(fā)展的高峰期。1980年代，光通信開始大規(guī)模應(yīng)用，在通信歷史上引起了劃時代的變化。

光纖具有低損耗（0.2-0.3dB/公里）、通信容量大（50THz/每芯光纖）、抗干擾能力強(qiáng)、保密性好以及原材料豐富的特點(diǎn)。這些特點(diǎn)使大容量、長距離跨洋通信成為現(xiàn)實(shí)。目前超長距離系統(tǒng)的最好水平是Corvis公司在芝加哥到西雅圖3200公里160×2.5Gb/s的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、Alcate公司4000公里40×lOGb/s的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)等。單芯光纖的最高通信容量的實(shí)驗(yàn)室水平已達(dá)7.04Tb/s（176×40Gb/s、5Okm）（Siemens）。上述這些系統(tǒng)都是采用密集波分復(fù)用（DWDM）和光纖放大器（EDFA）技術(shù)的成果。沒有1990年發(fā)明的摻餌光纖放大器，就沒有今天的DWDM系統(tǒng)，也就不可能充分利用光纖巨大的通信帶寬。僅靠時分復(fù)用技術(shù)（TDM）提高通信容量受限于電子器件的瓶頸效應(yīng)，很難使單芯光纖的通信容量提高到10Gb/s以上。

改革開放以后，我國的通信事業(yè)得到了突飛猛進(jìn)的發(fā)展。我國的通信網(wǎng)規(guī)模已躍升為世界第二位，照目前的發(fā)展速度，在未來2-3年內(nèi)我國的通信網(wǎng)絡(luò)規(guī)模就可能超過美國，成為世界第一大網(wǎng)。改革開放初期的1979年，全國的電話裝機(jī)容量才203萬部，到2000年9月20日我國的電話實(shí)裝機(jī)總量已達(dá)2億，其固定電話1.35億部，移動電話6500萬。隨著以IP為代表的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)的爆炸性增長，未來幾年我國仍然是通信建設(shè)和發(fā)展的高峰期，預(yù)計(jì)未來5年IP用戶的年增長率將達(dá)54%，接近摩爾定律，省際干線光纜網(wǎng)絡(luò)建設(shè)增長幅度達(dá)200%，遠(yuǎn)高于摩爾定律。技術(shù)的發(fā)展也促進(jìn)了行業(yè)的融合，目前的通信運(yùn)營業(yè)、通信制造業(yè)、有線電視運(yùn)營業(yè)、計(jì)算機(jī)軟硬件制造業(yè)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營業(yè)和各種媒體制造業(yè)最終將形成一個全新的行業(yè)——信息工業(yè)。

通信網(wǎng)絡(luò)和設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步和發(fā)展離不開通信測試領(lǐng)域的技術(shù)進(jìn)步，它也使傳統(tǒng)意義上測試和計(jì)量的概念發(fā)生了變化。在模擬通信時代，可觀測量一般都有確定的量值，人們在研究新的測試方法時都需要去研究測量量值的準(zhǔn)確度問題。隨著數(shù)字通信和數(shù)據(jù)通信的發(fā)展，現(xiàn)代通信領(lǐng)域的測量越來越多地是通信軟件范疇的測試，這是一個全新的測試領(lǐng)域，它已經(jīng)不存在什么準(zhǔn)確度的問題，僅僅是一個對錯與否的問題。通信協(xié)議的一致性測試就屬于這個范圍。同時應(yīng)運(yùn)而生了大量的、各種各樣的通信協(xié)議測試儀表，這是目前通信測試領(lǐng)域測試的第一個顯著特點(diǎn)。第二個顯著特點(diǎn)是得益于計(jì)算機(jī)技術(shù)特別是微機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，它大大提高測試的智能化和自動化程度，同時它使許多原本需要硬件實(shí)現(xiàn)的測試功能可以用軟件形式替代，一些原本需要人工進(jìn)行的計(jì)算、記錄、存儲等功能用軟件的方式實(shí)現(xiàn)。另外，也使一些原來硬件實(shí)現(xiàn)的顯示、控制等功能虛擬化、個性化，大大提高了測試的效率。這個特點(diǎn)類似于“軟件無線電”的思想，即盡可能地利用計(jì)算機(jī)和軟件實(shí)現(xiàn)其內(nèi)部和外部功能。

通信領(lǐng)域的軟件測試大多是通信協(xié)議的一致性擁試，它是基于有限狀態(tài)機(jī)理論。所謂一致性測試就是檢驗(yàn)協(xié)議的實(shí)現(xiàn)與相應(yīng)協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)的符合程度，它只關(guān)心協(xié)議呈現(xiàn)的外部功能。通常的做法是，根據(jù)通信協(xié)議規(guī)范，利用抽象測試集的生成方法產(chǎn)生一組測試用，按照實(shí)際需要確定測試策略，在一定的測試環(huán)境中對待測實(shí)現(xiàn)（Implementation Under Test）實(shí)施測試，它將測試以下內(nèi)容：

?協(xié)議實(shí)現(xiàn)的能力和行為，

?協(xié)議與標(biāo)準(zhǔn)的一致性，

?協(xié)議實(shí)現(xiàn)能力與實(shí)現(xiàn)者陳述的一致性。

目前，通信協(xié)議測試儀表的種類繁多，例如、7號信令測試儀、IP協(xié)議測試儀、V5接口協(xié)議測試儀等等。它們是通信產(chǎn)品質(zhì)量檢驗(yàn)、通信工程建設(shè)、通信網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行維護(hù)和保證各種各樣通信業(yè)務(wù)正常工作必不可少的工具。

技術(shù)的進(jìn)步正像人類社會發(fā)展一樣也是鏍旋型的，光通信發(fā)展到今天，特別是DWDM技術(shù)的出現(xiàn)，似乎又使通信回到模擬通信時代。光通信領(lǐng)域和數(shù)字通信、數(shù)據(jù)通信領(lǐng)域略有不同，它依然還存在許多模擬參數(shù)需要準(zhǔn)確測量，這是光通信測試領(lǐng)域的一個顯著特點(diǎn)。

二、光通信領(lǐng)域測試概述

光通信領(lǐng)域分為如下5個部分：

?光纖光纜性能測試

?光器件測試

?光通信設(shè)備測試

?光通信系統(tǒng)測試

光纖光纜是光信號傳輸?shù)拿劫|(zhì)，它是光通信的基礎(chǔ)。在這個領(lǐng)域國際電聯(lián)（ITU）制定了一系列標(biāo)準(zhǔn)，它們有G.650、G.651、G.652、G.653、G.655等。除G.650是有關(guān)測試方法以外，其它標(biāo)準(zhǔn)都是按光纖種類分類的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)。在這些標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)范了該種光纖及由其組成光纜的具體性能指標(biāo)。光纖的特性參數(shù)分幾何特性參數(shù)（纖芯直徑、包層直徑、纖芯不圓度、包層不圓度、同心度誤差等）、光學(xué)特性參數(shù)（折射率分布、最大數(shù)值孔徑、模場直徑、截止波長等）、傳輸特性（衰減、帶寬、群速度色散、偏振模色散等）。除此之外，對于高速、多信道、長距離光通信系統(tǒng)，規(guī)范中未給出的光纖非線性也是光通信需要考慮的重要指標(biāo)。此外，光纜分為機(jī)械性能測試、環(huán)境性能測試、工程測試等。光纖和光纜的測試儀表大多建立在光學(xué)和電子學(xué)原理之上，因此系統(tǒng)復(fù)雜，設(shè)備昂貴。

光器件的種類繁多，它大體分為有源器件和無源器件兩類。有源器件主要有光源（激光器、LED等）、光接收器件、光纖放大器等。元源器件有光連接器、光藕合器、光合波器、光分被器等。所依據(jù)的標(biāo)準(zhǔn)有G.957、G.661、G.663、G.691、G.692等。

光通信實(shí)際上是給各種通信業(yè)務(wù)提供了一個大容量的傳送平臺，同時在這個平臺上利用DWDM、SDH、路由器等技術(shù)可以組建四通八達(dá)的通信基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)，而構(gòu)成這個網(wǎng)絡(luò)中的各個網(wǎng)元就是光通信設(shè)備。由于網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的多樣性和復(fù)雜性，其標(biāo)準(zhǔn)也是大量的。光通信設(shè)備測試分為如下三類：

?光接口參數(shù)測試（工作波長、平均發(fā)送功率、通信間隔、光譜特性、消光比、接收靈敏度、光發(fā)送信號眼圖等）；

?電接口參數(shù)測試（比特率及容差、接口標(biāo)準(zhǔn)碼型、信號功率電平、接口過壓保護(hù)、抖動和漂移特性等）；

設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能的測試：它是按照標(biāo)準(zhǔn)和生產(chǎn)廠家陳述的功能進(jìn)行測試，它包括單元功能和復(fù)合功能。例如，OAM&P（操作、管理、維護(hù)和指配）功能、保護(hù)功能等。

光通信系統(tǒng)的測試是指系統(tǒng)網(wǎng)元已按設(shè)計(jì)要求在實(shí)際網(wǎng)絡(luò)或模擬實(shí)驗(yàn)網(wǎng)連接構(gòu)成系統(tǒng)的測試，它包括設(shè)備之間互連互通的測試、設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)之間的互通測試、網(wǎng)管功能實(shí)現(xiàn)的測試、業(yè)務(wù)互通測試等。系統(tǒng)在實(shí)際或模擬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行試驗(yàn)時不可避免地會存在傳輸損傷，這些傳輸損傷是否影響整個系統(tǒng)的正常工作是衡量系統(tǒng)質(zhì)量的依據(jù)，此時系統(tǒng)的誤碼性能、抖動性能、漂移性能（SDH特有）是測試系統(tǒng)質(zhì)量的重要指標(biāo)，其中誤碼率尤其重要，也是最常用的測試指標(biāo)。

三、當(dāng)前光通信領(lǐng)域的幾個測試熱點(diǎn)

1.光纖的色散和PMD測試

光通信系統(tǒng)在工作于622Mb/s速率以下時一般不需要考慮色散問題。但是隨著系統(tǒng)的擴(kuò)容，速率越來越高，光纖色散和PMD的問題就突顯出來。2.5Gb/s以上系統(tǒng)為了進(jìn)行色散補(bǔ)償，必須準(zhǔn)確地知道光纖的色散系數(shù)，否則系統(tǒng)將無法正常工作，長途及跨洋通信統(tǒng)尤為重要。

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