细说现代光通信测试技术发展动态

一、引言

光波也是一种电磁波，其波长在微米量级，频率为1014量级。其频率比常用的微波高104-105量级，因此理论上的通信容量也是微波通信的104-105倍。实际上，在19世纪末就有人尝试用光信号传送话音，但是，由于当时的光源相干性很差；光波在大气中传播受气候影响严重，很难获得长距离的稳定通信，这是光通信领域的两大难题。真正实现光通信得益于20世纪爱因斯坦、肖洛和唐斯的“光受激辐射理论”、1960年梅曼发明第一台激光器、1966年理论上证明了“光导纤维长距离传输光波的可能性”、1970年拉制成功低损耗通信用光纤。从此，光通信所面临的两大难题都解决了，也就迎来了光通信发展的高峰期。1980年代，光通信开始大规模应用，在通信历史上引起了划时代的变化。

光纤具有低损耗（0.2-0.3dB/公里）、通信容量大（50THz/每芯光纤）、抗干扰能力强、保密性好以及原材料丰富的特点。这些特点使大容量、长距离跨洋通信成为现实。目前超长距离系统的最好水平是Corvis公司在芝加哥到西雅图3200公里160×2.5Gb/s的实验系统、Alcate公司4000公里40×lOGb/s的实验系统等。单芯光纤的最高通信容量的实验室水平已达7.04Tb/s（176×40Gb/s、5Okm）（Siemens）。上述这些系统都是采用密集波分复用（DWDM）和光纤放大器（EDFA）技术的成果。没有1990年发明的掺饵光纤放大器，就没有今天的DWDM系统，也就不可能充分利用光纤巨大的通信带宽。仅靠时分复用技术（TDM）提高通信容量受限于电子器件的瓶颈效应，很难使单芯光纤的通信容量提高到10Gb/s以上。

改革开放以后，我国的通信事业得到了突飞猛进的发展。我国的通信网规模已跃升为世界第二位，照目前的发展速度，在未来2-3年内我国的通信网络规模就可能超过美国，成为世界第一大网。改革开放初期的1979年，全国的电话装机容量才203万部，到2000年9月20日我国的电话实装机总量已达2亿，其固定电话1.35亿部，移动电话6500万。随着以IP为代表的数据业务的爆炸性增长，未来几年我国仍然是通信建设和发展的高峰期，预计未来5年IP用户的年增长率将达54%，接近摩尔定律，省际干线光缆网络建设增长幅度达200%，远高于摩尔定律。技术的发展也促进了行业的融合，目前的通信运营业、通信制造业、有线电视运营业、计算机软硬件制造业、计算机网络运营业和各种媒体制造业最终将形成一个全新的行业——信息工业。

通信网络和设备的技术进步和发展离不开通信测试领域的技术进步，它也使传统意义上测试和计量的概念发生了变化。在模拟通信时代，可观测量一般都有确定的量值，人们在研究新的测试方法时都需要去研究测量量值的准确度问题。随着数字通信和数据通信的发展，现代通信领域的测量越来越多地是通信软件范畴的测试，这是一个全新的测试领域，它已经不存在什么准确度的问题，仅仅是一个对错与否的问题。通信协议的一致性测试就属于这个范围。同时应运而生了大量的、各种各样的通信协议测试仪表，这是目前通信测试领域测试的第一个显著特点。第二个显著特点是得益于计算机技术特别是微机技术的迅速发展，它大大提高测试的智能化和自动化程度，同时它使许多原本需要硬件实现的测试功能可以用软件形式替代，一些原本需要人工进行的计算、记录、存储等功能用软件的方式实现。另外，也使一些原来硬件实现的显示、控制等功能虚拟化、个性化，大大提高了测试的效率。这个特点类似于“软件无线电”的思想，即尽可能地利用计算机和软件实现其内部和外部功能。

通信领域的软件测试大多是通信协议的一致性拥试，它是基于有限状态机理论。所谓一致性测试就是检验协议的实现与相应协议标准的符合程度，它只关心协议呈现的外部功能。通常的做法是，根据通信协议规范，利用抽象测试集的生成方法产生一组测试用，按照实际需要确定测试策略，在一定的测试环境中对待测实现（Implementation Under Test）实施测试，它将测试以下内容：

•协议实现的能力和行为，

•协议与标准的一致性，

•协议实现能力与实现者陈述的一致性。

目前，通信协议测试仪表的种类繁多，例如、7号信令测试仪、IP协议测试仪、V5接口协议测试仪等等。它们是通信产品质量检验、通信工程建设、通信网络运行维护和保证各种各样通信业务正常工作必不可少的工具。

技术的进步正像人类社会发展一样也是镙旋型的，光通信发展到今天，特别是DWDM技术的出现，似乎又使通信回到模拟通信时代。光通信领域和数字通信、数据通信领域略有不同，它依然还存在许多模拟参数需要准确测量，这是光通信测试领域的一个显著特点。

二、光通信领域测试概述

光通信领域分为如下5个部分：

•光纤光缆性能测试

•光器件测试

•光通信设备测试

•光通信系统测试

光纤光缆是光信号传输的媒质，它是光通信的基础。在这个领域国际电联（ITU）制定了一系列标准，它们有G.650、G.651、G.652、G.653、G.655等。除G.650是有关测试方法以外，其它标准都是按光纤种类分类的产品标准。在这些标准中规范了该种光纤及由其组成光缆的具体性能指标。光纤的特性参数分几何特性参数（纤芯直径、包层直径、纤芯不圆度、包层不圆度、同心度误差等）、光学特性参数（折射率分布、最大数值孔径、模场直径、截止波长等）、传输特性（衰减、带宽、群速度色散、偏振模色散等）。除此之外，对于高速、多信道、长距离光通信系统，规范中未给出的光纤非线性也是光通信需要考虑的重要指标。此外，光缆分为机械性能测试、环境性能测试、工程测试等。光纤和光缆的测试仪表大多建立在光学和电子学原理之上，因此系统复杂，设备昂贵。

光器件的种类繁多，它大体分为有源器件和无源器件两类。有源器件主要有光源（激光器、LED等）、光接收器件、光纤放大器等。元源器件有光连接器、光藕合器、光合波器、光分被器等。所依据的标准有G.957、G.661、G.663、G.691、G.692等。

光通信实际上是给各种通信业务提供了一个大容量的传送平台，同时在这个平台上利用DWDM、SDH、路由器等技术可以组建四通八达的通信基础网络，而构成这个网络中的各个网元就是光通信设备。由于网络设备的多样性和复杂性，其标准也是大量的。光通信设备测试分为如下三类：

•光接口参数测试（工作波长、平均发送功率、通信间隔、光谱特性、消光比、接收灵敏度、光发送信号眼图等）；

•电接口参数测试（比特率及容差、接口标准码型、信号功率电平、接口过压保护、抖动和漂移特性等）；

设备实现功能的测试：它是按照标准和生产厂家陈述的功能进行测试，它包括单元功能和复合功能。例如，OAM&P（操作、管理、维护和指配）功能、保护功能等。

光通信系统的测试是指系统网元已按设计要求在实际网络或模拟实验网连接构成系统的测试，它包括设备之间互连互通的测试、设备与网络之间的互通测试、网管功能实现的测试、业务互通测试等。系统在实际或模拟网络进行试验时不可避免地会存在传输损伤，这些传输损伤是否影响整个系统的正常工作是衡量系统质量的依据，此时系统的误码性能、抖动性能、漂移性能（SDH特有）是测试系统质量的重要指标，其中误码率尤其重要，也是最常用的测试指标。

三、当前光通信领域的几个测试热点

1.光纤的色散和PMD测试

光通信系统在工作于622Mb/s速率以下时一般不需要考虑色散问题。但是随着系统的扩容，速率越来越高，光纤色散和PMD的问题就突显出来。2.5Gb/s以上系统为了进行色散补偿，必须准确地知道光纤的色散系数，否则系统将无法正常工作，长途及跨洋通信统尤为重要。

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