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摘要：光信号的引出与电信号的引出是截然不同的，在实际工作过程中，光信号的引出会存在信号弱、依赖信号源位置等问题，从而使得光信号不能满足测试的需求。针对以上问题，本文提出了一种新的方法，通过将光放大器用于测试信号引出，以解决通讯过程中存在的种种问题。同时，该方法还具有信号强、成本低、损耗小等优点。
关键词：光线通讯、光放大器、信号
中图分类号： TJ768.4文献标识码：A 文章编号：
当今时代的发展离不开网络。今年来，我国通讯事业发展迅。光纤通讯有着不可比拟的优点，并且近年来发展较快，越来越多的宽带业务都倾向于依靠光纤通讯。与电信号相比，光信号在引出时存在着较多的问题和较大的困难，目前的做法是利用分路器，将光信号按照一定的比例引出。但实际工作中，测试结果往往不令人满意，这为光纤通讯的继续发展带来了很大的障碍。
1 信号引出时所存在的问题
数据传输单向性是光纤通讯的一个特性，通常情况下，两对光缆中继设备可组成一个双向链路，一点（M点）为光端机发射点，另一点（N点）为接收点。我们用活动接头将光缆与光端机连接，并将活动头安排在ONU中，至于相应的机房内。两点之间的光纤通常至于地面以下，与测试设备隔离，因而我们通常从ONU单元内将测试信号引出。现设两点距离为60公里，系统为1550nm，光端机功率为-4—1 dBm，计算得到光节点损耗为-0.5 dB；光缆损耗为-14.5 dB；设计裕量为-4 dB。
链路总损耗为19 dB，若以-2 dBm 接收，则计算得发射功率为 17 dBm。在这种情况下，若将测试信号引出，通常是利用分光器，按照一定的比例。这种情况下对系统和测试设备的影响较大。
（1）分光比损耗
若二分路器为5：5，其插入损耗一般为-0.2 dB，分光损耗为-3 dB，这种情况下，我们接入一个分路器，就会产生-3.2 dB 的损耗。然而系统裕量为-4 dB，系统在这种情况下能容纳分路器的数量为一个，数量增多则会导致系统的崩溃。
（2）引出光信号的影响
若二分路器为1:9，这种情况下系统的损耗比较小，经计算，分光损耗为-0.46 dB，对传输系统的影响不是很大。对于分出的光信号，经计算为-10 dB，其强度是很弱的，往往不能符合测试的要求。
（3）位置影响
若果引出信号在30km处，这种情况下，原信号光强经过计算应为9.5 dBm，二分路器若采用1:9，经过计算，引出光信号强度为0.5 dBm，理论上可以满足测试需求。但遗憾的是通常情况下，引出点往往在接近M点或者N点的配架线上，因而发射信号或者接收信号的强度都很低，无法满足实际测试的需求。从以上分析看出，光纤通讯系统的测试信号的引出和系统本身的设计裕量、采用分路器的分光比以及分路器的位置等都有很大关系，要对光通讯系统进行测试，首先要明确这些问题，否则将不能保证有效测试信号的引出，从而不能对光通讯系统进行有效的测试。
2 光放大器的作用
在密集光波复用系统(DWDM)、接入网、光纤有线电视网等系统一般都采用 1 550 nm 的光传输。在掺铒光纤放大器 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号。随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，成了信号传输容量扩大的“电子瓶颈”。
随着 EDFA 的实用化，实现了直接光放大，节省了大量的再生中继器；同时使传输链路“透明化”，简化了系统，极大地提高了传输容量。另外 EDFA 还有诸多优点，首先，工作波段处在传输光纤的低损耗窗口上，能减少信号光功率的衰减。其次，增益高，噪声系数低，EDFA 的增益和泵浦功率、输入信号光功率和掺铒光纤长度有关，在强泵浦高增益条件下，放大器噪声系数近乎极限值 3 dB。同时，EDFA 还具有增益谱平坦、增益可控和输出光功率可控的特性，使得光放大器成为一种常用中继器，并成为延长光信号传输距离的重要器件。EDFA 在光纤通讯系统中发挥着重要作用，根据放大器在系统中的位置及作用，可以分成以下三种类型：
（1）功率放大器(Booster-amplifier)。用在系统的发射端，提高发端入纤的信号光功率。由于入射的信号功率一般都比较大，所以对功率放大器的噪声指数、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比较大的输出功率。
（2） 线路放大器(Line-amplifier)。处于功率放大器之后，用于周期性地补偿线路传输损耗，一般要求比较小的噪声指数，较大的输出光功率。
（3）前置放大器(Pre-amplifier)。处于系统的接收端，用于信号放大，提高接收机的灵敏度，要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。
从以上分析可以看出，EDFA 在光传输系统中的作用主要是补偿传输中的光纤损耗，并没有应用到光测试系统中。虽然不同的光传输系统设计裕量不相同，有些系统的设计裕量较大，但是设计裕量主要是防止线路损耗、节点损耗等固定的因素变化，不可能全部提供给测试使用。测试信号的引出需要有另外的、单独的方法。
3 光测试信号引出的一种解决方法
测试系统的基本原则是测试设备不能对原光通讯系统产生影响。因此光通讯测试信号的引出应采用有源光分路的方法。
仍以 1550 nm 系统为例，采用掺铒光纤放大器 EDFA。首先利用光分路器从光通讯端口中取出一部分光信号(10%)，然后把这部分光信号输入至有源 EDFA 放大模块，对其进行全光放大，最后输出到测试端口，供外部测试设备或网管访问。引出的光信号较小(10%)，对原光通讯系统影响很小，同时引出的光信号经过了 EDFA 的透明放大，可达到外部测试设备的需求。通讯端口中原通讯光信号分出 10%的测试信号后，大部分(90%)的光信号又交叉无源引出，这样就使得主通讯系统和测试系统光隔离，可保证原光通讯信号不受到测试设备和信号的影响；这个方法的有源部分(EDFA 放大)只是针对测试接口引出的信号，如果放大器故障或变化，只是对测试引出信号有影响，对原通讯光信号没有影响，这很好地体现了测试设备对光通讯设备没有影响的基本原则。
光分路器的分光比为0.1：0.9，测试引出信号0.1 经过 EDFA 放大至原信号强度就足以滿足测试设备的需求，因此 EDFA 的增益需求为10log(1/0.1)=10 dB，也就是说一个10 dB 增益的 EDFA 放大器就可以满足本设计的要求。在 EDFA 光放大器日益成熟的今天，这种放大器很容易做到。在不同类型的光传输系统中，选择前置放大器或者线路放大器都可以满足要求。和前置放大器或者线路放大器应用不同，本方法中经过 EDFA 放大的信号只是用于测试，不是在主通讯网络中、不再经过 EDFA 的级联放大，因此对 EDFA 放大器的噪声指数要求也不高，可以选择噪声系数一般的前置放大器或者线路放大器即可。
随着通讯网络的发展，运营商对网络的测试接口的需求也增多，如原始数据实时接口和话单实时订阅接口等。对于这样的场景，可以把经过 EDFA 放大的测试信号再次进行分光，形成多路光信号，供测试使用。
综上所述，本设计使用的有源分路方法，除了具备测试对原信号没有影响的功能之外，还具有如下特点：
（1）插入损耗小。分路器采用了10%的分光比，插入损耗为10log90%=0.46 dB，对原通讯系统基本没有影响。
（2）引出光较强。引出光经过了 EDFA 放大，放大到原信号强度只需 10 dB 的增益，对放大器噪声系数要求不高，并且容易经过再次分光，形成多路光测试信号。
（3）引出信号的格式无关。EDFA 光放大具有透明性，放大特性与系统比特率、信号格式和编码无关，因此无论哪种格式的光信号都可以透明放大，没有“电子瓶颈效应”的影响，这就弥补了采用光电转换的有源分路方法的不足。
（4）成本较低。由于 EDFA 放大器与再生电路相比具有较大的成本优势，而且随着光放大器的发展，成本优势会越来越大。测试信号对 EDFA 放大的增益和噪声指标要求不高。因此本设计的成本较低，结构简单。
结束语
本文分析了光纤通讯中光测试信号引出时存在的问题，分路器的分光比损耗、引出光信号太弱、与引出光信号的位置有关等因素都是困扰工程测试的实际问题。本文提出了一种全光概念的有源分路器设计，分析了 EDFA 的放大作用，把 EDFA 应用于放大测试信号，满足 1550 nm 系统的测试信号的引出，同时有源分路器的掉电和故障不会对原通讯系统产生影响。在中兴通讯 ZXT2000 信令监测系统产品中已经实用，采用我国无锡中兴光电子技术有限公司的 EDFA 模块产品，增益 10 dB 以上，完全能够满足光通讯信令数据的采集需求，并具有很好的稳定性，但相对电信号的测试来说成本仍然较高。研制专门应用于光信号接入设备的光放大器，将有着广阔的市场前景。
参考文献
[1] 周薇;高速光通信系统码型调制格式及传输性能的研究[D];华东交通大学;2011.
[2] 高洁;宽带大增益光纤参量放大器的研究[D];电子科技大学;2012.
[3] 杨冬玲;光纤拉曼放大器中多径噪声问题的研究[D];北京交通大学;2012.
关键词：光线通讯、光放大器、信号
中图分类号： TJ768.4文献标识码：A 文章编号：
当今时代的发展离不开网络。今年来，我国通讯事业发展迅。光纤通讯有着不可比拟的优点，并且近年来发展较快，越来越多的宽带业务都倾向于依靠光纤通讯。与电信号相比，光信号在引出时存在着较多的问题和较大的困难，目前的做法是利用分路器，将光信号按照一定的比例引出。但实际工作中，测试结果往往不令人满意，这为光纤通讯的继续发展带来了很大的障碍。
1 信号引出时所存在的问题
数据传输单向性是光纤通讯的一个特性，通常情况下，两对光缆中继设备可组成一个双向链路，一点（M点）为光端机发射点，另一点（N点）为接收点。我们用活动接头将光缆与光端机连接，并将活动头安排在ONU中，至于相应的机房内。两点之间的光纤通常至于地面以下，与测试设备隔离，因而我们通常从ONU单元内将测试信号引出。现设两点距离为60公里，系统为1550nm，光端机功率为-4—1 dBm，计算得到光节点损耗为-0.5 dB；光缆损耗为-14.5 dB；设计裕量为-4 dB。
链路总损耗为19 dB，若以-2 dBm 接收，则计算得发射功率为 17 dBm。在这种情况下，若将测试信号引出，通常是利用分光器，按照一定的比例。这种情况下对系统和测试设备的影响较大。
（1）分光比损耗
若二分路器为5：5，其插入损耗一般为-0.2 dB，分光损耗为-3 dB，这种情况下，我们接入一个分路器，就会产生-3.2 dB 的损耗。然而系统裕量为-4 dB，系统在这种情况下能容纳分路器的数量为一个，数量增多则会导致系统的崩溃。
（2）引出光信号的影响
若二分路器为1:9，这种情况下系统的损耗比较小，经计算，分光损耗为-0.46 dB，对传输系统的影响不是很大。对于分出的光信号，经计算为-10 dB，其强度是很弱的，往往不能符合测试的要求。
（3）位置影响
若果引出信号在30km处，这种情况下，原信号光强经过计算应为9.5 dBm，二分路器若采用1:9，经过计算，引出光信号强度为0.5 dBm，理论上可以满足测试需求。但遗憾的是通常情况下，引出点往往在接近M点或者N点的配架线上，因而发射信号或者接收信号的强度都很低，无法满足实际测试的需求。从以上分析看出，光纤通讯系统的测试信号的引出和系统本身的设计裕量、采用分路器的分光比以及分路器的位置等都有很大关系，要对光通讯系统进行测试，首先要明确这些问题，否则将不能保证有效测试信号的引出，从而不能对光通讯系统进行有效的测试。
2 光放大器的作用
在密集光波复用系统(DWDM)、接入网、光纤有线电视网等系统一般都采用 1 550 nm 的光传输。在掺铒光纤放大器 EDFA(Erbium-Doped Fiber Amplifier)实用化以前，为了克服光纤传输中的损耗，每传输一段距离，都要进行“再生”，即把传输后的弱光信号转换成电信号，经过放大、整形后，再去调制激光器，生成一定强度的光信号。随着传输码率的提高，“再生”的难度也随之提高，成了信号传输容量扩大的“电子瓶颈”。
随着 EDFA 的实用化，实现了直接光放大，节省了大量的再生中继器；同时使传输链路“透明化”，简化了系统，极大地提高了传输容量。另外 EDFA 还有诸多优点，首先，工作波段处在传输光纤的低损耗窗口上，能减少信号光功率的衰减。其次，增益高，噪声系数低，EDFA 的增益和泵浦功率、输入信号光功率和掺铒光纤长度有关，在强泵浦高增益条件下，放大器噪声系数近乎极限值 3 dB。同时，EDFA 还具有增益谱平坦、增益可控和输出光功率可控的特性，使得光放大器成为一种常用中继器，并成为延长光信号传输距离的重要器件。EDFA 在光纤通讯系统中发挥着重要作用，根据放大器在系统中的位置及作用，可以分成以下三种类型：
（1）功率放大器(Booster-amplifier)。用在系统的发射端，提高发端入纤的信号光功率。由于入射的信号功率一般都比较大，所以对功率放大器的噪声指数、增益要求并不是很高，但要求放大后，有比较大的输出功率。
（2） 线路放大器(Line-amplifier)。处于功率放大器之后，用于周期性地补偿线路传输损耗，一般要求比较小的噪声指数，较大的输出光功率。
（3）前置放大器(Pre-amplifier)。处于系统的接收端，用于信号放大，提高接收机的灵敏度，要求噪声指数很小，对输出功率没有太大的要求。
从以上分析可以看出，EDFA 在光传输系统中的作用主要是补偿传输中的光纤损耗，并没有应用到光测试系统中。虽然不同的光传输系统设计裕量不相同，有些系统的设计裕量较大，但是设计裕量主要是防止线路损耗、节点损耗等固定的因素变化，不可能全部提供给测试使用。测试信号的引出需要有另外的、单独的方法。
3 光测试信号引出的一种解决方法
测试系统的基本原则是测试设备不能对原光通讯系统产生影响。因此光通讯测试信号的引出应采用有源光分路的方法。
仍以 1550 nm 系统为例，采用掺铒光纤放大器 EDFA。首先利用光分路器从光通讯端口中取出一部分光信号(10%)，然后把这部分光信号输入至有源 EDFA 放大模块，对其进行全光放大，最后输出到测试端口，供外部测试设备或网管访问。引出的光信号较小(10%)，对原光通讯系统影响很小，同时引出的光信号经过了 EDFA 的透明放大，可达到外部测试设备的需求。通讯端口中原通讯光信号分出 10%的测试信号后，大部分(90%)的光信号又交叉无源引出，这样就使得主通讯系统和测试系统光隔离，可保证原光通讯信号不受到测试设备和信号的影响；这个方法的有源部分(EDFA 放大)只是针对测试接口引出的信号，如果放大器故障或变化，只是对测试引出信号有影响，对原通讯光信号没有影响，这很好地体现了测试设备对光通讯设备没有影响的基本原则。
光分路器的分光比为0.1：0.9，测试引出信号0.1 经过 EDFA 放大至原信号强度就足以滿足测试设备的需求，因此 EDFA 的增益需求为10log(1/0.1)=10 dB，也就是说一个10 dB 增益的 EDFA 放大器就可以满足本设计的要求。在 EDFA 光放大器日益成熟的今天，这种放大器很容易做到。在不同类型的光传输系统中，选择前置放大器或者线路放大器都可以满足要求。和前置放大器或者线路放大器应用不同，本方法中经过 EDFA 放大的信号只是用于测试，不是在主通讯网络中、不再经过 EDFA 的级联放大，因此对 EDFA 放大器的噪声指数要求也不高，可以选择噪声系数一般的前置放大器或者线路放大器即可。
随着通讯网络的发展，运营商对网络的测试接口的需求也增多，如原始数据实时接口和话单实时订阅接口等。对于这样的场景，可以把经过 EDFA 放大的测试信号再次进行分光，形成多路光信号，供测试使用。
综上所述，本设计使用的有源分路方法，除了具备测试对原信号没有影响的功能之外，还具有如下特点：
（1）插入损耗小。分路器采用了10%的分光比，插入损耗为10log90%=0.46 dB，对原通讯系统基本没有影响。
（2）引出光较强。引出光经过了 EDFA 放大，放大到原信号强度只需 10 dB 的增益，对放大器噪声系数要求不高，并且容易经过再次分光，形成多路光测试信号。
（3）引出信号的格式无关。EDFA 光放大具有透明性，放大特性与系统比特率、信号格式和编码无关，因此无论哪种格式的光信号都可以透明放大，没有“电子瓶颈效应”的影响，这就弥补了采用光电转换的有源分路方法的不足。
（4）成本较低。由于 EDFA 放大器与再生电路相比具有较大的成本优势，而且随着光放大器的发展，成本优势会越来越大。测试信号对 EDFA 放大的增益和噪声指标要求不高。因此本设计的成本较低，结构简单。
结束语
本文分析了光纤通讯中光测试信号引出时存在的问题，分路器的分光比损耗、引出光信号太弱、与引出光信号的位置有关等因素都是困扰工程测试的实际问题。本文提出了一种全光概念的有源分路器设计，分析了 EDFA 的放大作用，把 EDFA 应用于放大测试信号，满足 1550 nm 系统的测试信号的引出，同时有源分路器的掉电和故障不会对原通讯系统产生影响。在中兴通讯 ZXT2000 信令监测系统产品中已经实用，采用我国无锡中兴光电子技术有限公司的 EDFA 模块产品，增益 10 dB 以上，完全能够满足光通讯信令数据的采集需求，并具有很好的稳定性，但相对电信号的测试来说成本仍然较高。研制专门应用于光信号接入设备的光放大器，将有着广阔的市场前景。
参考文献
[1] 周薇;高速光通信系统码型调制格式及传输性能的研究[D];华东交通大学;2011.
[2] 高洁;宽带大增益光纤参量放大器的研究[D];电子科技大学;2012.
[3] 杨冬玲;光纤拉曼放大器中多径噪声问题的研究[D];北京交通大学;2012.