CN106341181A - 光纤链路测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明为光纤链路测试系统，解决12通道光纤数据处理设备的测试系统工作效率低，测试准确性差的问题。光通讯处理模块通过gplb接口分别与光衰减器、光功率计、待测组件连接，光通讯处理模块通过串口分别与工控机、待测组件连接，光通讯处理模块与电源模块连接，光通讯处理模块通过光端口与光衰减器连接，光衰减器通过光端口与光功率计连接，光通讯处理模块通过光端口与待测组件连接，待测组件通过光端口、光电探头与高速实时示波器连接，待测组件通过光端口与光功分器连接，光功分器分别通过光端口与光功率计、光通讯处理模块连接，或者光功分器通过光端口分别与光功率计、光衰减器连接。

Description

光纤链路测试系统

技术领域：

本发明与12通道光纤数据处理设备的功能和指标的测试系统有关。

背景技术：

12通道光纤数据处理设备由12路双向的光纤传输通道（主要用于传输收发的基带信号）和对传输的基带数据进行处理的模块组成；已有的测试系统为购买仪器由人工组装成完整的一台机器。是简单的进行设备的叠加，然后进行一些复杂的手工操作。要完成这个12通道光纤数据处理设备的测试工作；被测设备通道数量多达12个，每根光纤是否能够正常通讯，通讯是否稳定，导致测试的工作量和难度都很大，购买仪器，人工组装一台机器，需要花费一天的时间，而且存在人为操作的错误，工作效率低，测试准确性差。

发明内容

本发明的目的是提供一种功能多，工作效率高，测试准确性好的光纤链路测试系统。

本发明是这样实现的：

光通讯处理模块通过gplb接口分别与光衰减器、光功率计、待测组件连接，光通讯处理模块通过串口分别与工控机、待测组件连接，光通讯处理模块与电源模块连接，光通讯处理模块通过光端口与光衰减器连接，光衰减器通过光端口与光功率计连接，光通讯处理模块通过光端口与待测组件连接，待测组件通过光端口、光电探头与高速实时示波器连接，待测组件通过光端口与光功分器连接，光功分器分别通过光端口与光功率计、光通讯处理模块连接，或者光功分器通过光端口分别与光功率计、光衰减器连接，光衰减器、光功率计、工控机、电源模块、高速实时示波器直接使用交流电源进行工作。

光衰减器为N7766A、光功率计为N7747A、工控机为SP-15LW03、高速实时示波器为DSA90604A。

待测组件通过光端口与光功分器连接，光功分器分别通过光端口与光功率计、光通讯处理模块连接，系统进行光收发性能测试：

1）被测组件的光发送端通过光功分器后一路接入测试系统的对应的输入端光纤，另外一路接入光功率计；被测组件的光接收端与测试系统的光发送端通过光纤相连，

2）开电，启动工控机“光收发信号自动测试”，当工控机检测到被测组件发送的数据同步后，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上绿色发光二极管会点亮，同时工控机记录被测组件的发送功率。

光功分器通过光端口分别与光功率计、光衰减器连接，系统进行光纤链路接收灵敏度测试：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端通过光衰减器、光功分器与被测组件的光接收端纤相连，被测组件的光发送端与测试系统的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据，但不能设置0xBC，启动自动测试，并显示测试结果，每测试1百万帧数据计算一次误码率，设置多次测试，求其平均值，

3）测试系统上电后设置光衰减器的衰减值为0，测试系统光通讯处理模块发送全0x10的测试帧数据，当测试系统光通讯处理模块收到被测组件返回的0x10的测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统工控机启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回，当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期，计数器的计数时钟为10MHz，2Gbps，或25MHz，5Gbps。

系统进行光纤链路误码率测试：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连， 被测组件的光发送端通与测试系统的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据，启动自动测试，并显示测试结果。每测试1百万帧计算一次误码率，设置多次测试，求其平均值，

3）测试系统发送0x10的测试帧数据，被测组件成功接收后会返回相同的数据帧，当测试系统收到被测组件返回的0x10的误码率测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回，当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期，计数器的计数时钟为10MHz，2Gbps或25MHz，5Gbps。

系统进行光纤通道数据同步和一致性测试：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统的光通讯处理模光接收端相连，最多可同时连接12对光纤链路，

2）通过工控机软件启动自动测试，可以通过图形界面直观的显示光纤通道的同步性，

3）测试系统光通讯处理模块向每个通道发送0x10测试帧数据，当测试系统光通讯处理模块收到被测组件返回的0x10测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统接收和解析返回的数据得到同步脉冲，并通过图形界面显示出来，通过对比每个光纤链路的同步脉冲的在图形界面上位置的差异来得到光纤通道数据的同步和一致性，同步和一致性的判定需要设置一对参考通道，默认最先收到同步脉冲的通道为参考通道，比较其余通道的同步脉冲相对参考通道的同步脉冲是提前还是滞后多少个时钟周期，时钟周期为5ns。

系统进行光纤通道波形数据显示：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统光通讯处理模的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面可启动自动测试，并显示测试结果，

3）测试系统工控机接收并解析得到16位的I、Q数据并计算出幅度，工控机选择需要显示的通道号，选择显示I数据，Q数据，或者幅度数据。

系统进光纤信号发送：

1）测试系统光通讯处理模块的一路光发送端与被测组件的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面配置测试系统的光通信模块产生12路BPSK的光纤基带 16位的I、Q信号，如用户需要可产生不同的数字调制基带I、Q信号，

3）BPSK设置的参数：32位DS码，码速率≤5MHz，分辨率：100kHz。

系统进行高速数字信号测试：

被测组件的发射光纤通道接上配套提供的光电转换接头，可以实时测试光纤信号的眼图，测试光纤通道中数据的抖动，一致性，码片速率及信号的电参数。

本发明功能多，工作效率高，测试准确性好。

附图说明:

图1为本发明电路图。

图2为系统测试连接图之一。

图3为系统测试连接图之二。

图4为系统测试连接图之三。

图5为系统测试连接图之四。

图6 为光通信处理模块工作原理。

图7为 电源模块工作原理。

图8 为单片机部分软件框图。

图9 为FPGA部分软件框图。

图10为FPGA框图。

具体实施方式:

光纤链路测试系统由光通讯处理模块、光衰减器、光功率计、工控机、电源模块、高速实时示波器，以及一套测试软件包组成。12通道光纤数据处理设备是被测组件，商品名称为12通道光纤数据处理设备；工作原理：整个产品由工控机通过串口与光通讯处理模块通讯，完成各种测试的控制功能；光纤发射测试时，由光通讯处理模块根据串口发送的指令发出固定的I/Q数据，通过光纤传输给被测组件，查看被测组件的工作情况；光纤接收的测试，设置被测组件工作在发射I/Q信号的模式，测试系统进行接收，记录接收的数据，分析接收的数据是否存在问题，完成对12通道光纤数据处理设备的所有功能和指标的测试功能，并形成报表。

测试系统的工作原理：

一、光收发性能测试：

1.被测组件的光发送端通过光功分器后一路接入测试系统的对应的输入端光纤，另外一路接入光功率计；被测组件的光接收端与测试系统的光发送端通过光纤相连。

2.按照图2连接所需设备。

3.开电，启动工控机“光收发信号自动测试”，当测试系统检测到被测组件发送的数据同步后，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应接收指示绿色发光二极管会点亮，同时测试系统记录被测组件的发送功率。

4.被测组件发送的数据协议如下： （注：数据帧格式可以用户协商修改）

表1：被测组件发送的数据帧格式

二、光纤链路接收灵敏度测试：

测试系统的一路光发送端通过光衰减器与被测组件的光接收端纤相连，被测组件的光发送端与测试系统的光接收端相连；

1.按照图3连接所需设备。

2.通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据（不能设置0xBC），启动自动测试，并显示测试结果。每测试1百万帧数据计算一次误码率，可以设置多次测试，求其平均值。

3.测试系统上电后设置光衰减器的衰减值为0，测试系统发送全0x10的测试帧数据，当测试系统收到被测组件返回的0x10的测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回。当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期。计数器的计数时钟为10MHz(2Gbps)或25MHz(5Gbps)。

测试原理：测试系统通过光通信模块产生测试光纤信号，通过测试系统调整光衰减器，被测组件在不同的功率下接收数据，测试系统的光通信模块通过分析被测设备反馈回的相同数据在不同输入功率下的误码率来判断光纤链路的接收灵敏度（光衰减器的衰减范围从0dB～20dB,衰减步进1dB，实际的衰减范围以测试为准。每次调整光衰减器器后，收发数据需要重新同步）。灵敏度以误码率大于20ppm为测试门限（可以根据实际情况做调整）或者数据收发不能同步为标准。

测试系统的数据协议如下：

表2：测试系统发送的同步测试帧数据格式

表3：测试系统发送的误码测试帧数据格式

表4测试系统发送的同步测试帧数据格式

此项测试中，设定被测组件的光发送端与测试系统的光接收端直连的误码率忽略不计（光纤链路工作正常）。

三、光纤链路误码率测试：

1）测试系统的一路光发送端与被测组件的光接收端相连， 被测组件的光发送端通与测试系统的光接收端相连。

2）按照图4连接所需设备。

通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据，启动自动测试，并显示测试结果。每测试1百万帧计算一次误码率，可以设置多次测试，求其平均值。

3）测试系统发送0x10的测试帧数据，被测组件成功接收后会返回相同的数据帧，当测试系统收到被测组件返回的0x10的误码率测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回。当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期。计数器的计数时钟为10MHz（2Gbps）或25MHz(5Gbps)。

测试原理：通过判断一个测试周期中错误的字节数来计算误码率。比如一个测试周期中错误的字节数为5个字节，则误码率为：5/20000000 = 0.25ppm。

测试系统的数据协议如表2、表3。

光纤通道数据同步和一致性测试：

1）测试系统的一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统的光接收端相连，最多可同时连接12对光纤链路。

2)按照图5连接所需设备。

3)通过工控机软件启动自动测试，可以通过图形界面直观的显示光纤通道的同步性。

4）测试系统向每个通道发送0x10测试帧数据，当测试系统收到被测组件返回的0x10测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮。测试系统接收和解析返回的数据得到同步脉冲，并通过图形界面显示出来，通过对比每个光纤链路的同步脉冲的在图形界面上位置的差异来得到光纤通道数据的同步和一致性。同步和一致性的判定需要设置一对参考通道，默认最先收到同步脉冲的通道为参考通道，比较其余通道的同步脉冲相对参考通道的同步脉冲是提前还是滞后多少个时钟周期（时钟周期为5ns）。

测试系统的数据协议见表2、表4。

光纤通道波形数据显示：

1）测试系统的一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统的光接收端相连。

2）按照图5连接所需设备。

3）通过工控机软件界面可启动自动测试，并显示测试结果。

测试系统接收并解析得到16位的I、Q数据并计算出幅度，上位机可以选择需要显示的通道号，选择显示I数据，Q数据，或者幅度数据。

4）测试系统的数据协议见表1。

光纤信号发送器

1）测试系统的一路光发送端与被测组件的光接收端相连。

2）按照图5连接所需设备。

3）通过工控机软件界面配置测试系统的光通信模块产生12路BPSK的光纤基带 16位的I、Q信号（如用户需要可产生不同的数字调制基带I、Q信号）。

4）BPSK可设置的参数:32位DS码,码速率≤5MHz（分辨率10kHz)。

5）测试系统的数据协议见表5。

表5：测试系统发送的信号帧数据格式

高速数字信号测试

光纤信号数据测试：被测设备的发射光纤通道接上配套提供的光电转换接头，可以实时测试光纤信号的眼图，测试光纤通道中数据的抖动，一致性，码片速率及信号的电参数。

表6：框图中涉及的标准设备说明

图1：

注1：实时示波器的光探头和待测组件的发射光口进行连接，测试发射的眼图；

注2：注光通讯处理模块的12路光纤线和待测组件的12路光纤进行连接，用于双方进行数据传输；

注3：待测设备提供一个20MHz的正弦信号给光通讯处理模块进行同步使用；

注4：当需要测试发射功率的时候，会将通讯处理模块的光信号连接到光衰减器，然后连接到光功率计进行测试；

注5：工控机主要时通过串口，控制光通讯处理模块的工作模式；

图6：

注6：AD9516为时钟产生电路，基于测试设备提供的20MHz参考，产生20MHz FPGA时钟和200MHz光纤使用的时钟；

注7：C8051F005为配置芯片，完成AD9516的配置；

注8：XC6VLX550T用于产生基带信号输出和解调基带信号。

注9：光电模块为TLN850M

注10光通讯模块的工作原理，每根光纤是一样的，这里只描述其中的一路；

图7：注：AC/DC转换器为12V标准模块：LDES80-12S0V75N。

Claims (9)

1.光纤链路测试系统，其特征在于光通讯处理模块通过gplb接口分别与光衰减器、光功率计、待测组件连接，光通讯处理模块通过串口分别与工控机、待测组件连接，光通讯处理模块与电源模块连接，光通讯处理模块通过光端口与光衰减器连接，光衰减器通过光端口与光功率计连接，光通讯处理模块通过光端口与待测组件连接，待测组件通过光端口、光电探头与高速实时示波器连接，待测组件通过光端口与光功分器连接，光功分器分别通过光端口与光功率计、光通讯处理模块连接，或者光功分器通过光端口分别与光功率计、光衰减器连接，光衰减器、光功率计、工控机、电源模块、高速实时示波器直接使用交流电源进行工作。

2.根据权利要求1所述的的光纤链路测试系统，其特征在于光衰减器为N7766A、光功率计为N7747A、工控机为SP-15LW03、高速实时示波器为DSA90604A。

3.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统的特征在于待测组件通过光端口与光功分器连接，光功分器分别通过光端口与光功率计、光通讯处理模块连接，系统进行光收发性能测试：

1）被测组件的光发送端通过光功分器后一路接入测试系统的对应的输入端光纤，另外一路接入光功率计；被测组件的光接收端与测试系统的光发送端通过光纤相连，

2）开电，启动工控机“光收发信号自动测试”，当工控机检测到被测组件发送的数据同步后，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上绿色发光二极管会点亮，同时工控机记录被测组件的发送功率。

4.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于光功分器通过光端口分别与光功率计、光衰减器连接，系统进行光纤链路接收灵敏度测试：

测试系统的光通讯处理模块一路光发送端通过光衰减器、光功分器与被测组件的光接收端纤相连，被测组件的光发送端与测试系统的光接收端相连，

1）通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据，但不能设置0xBC，启动自动测试，并显示测试结果，每测试1百万帧数据计算一次误码率，设置多次测试，求其平均值，

2）测试系统上电后设置光衰减器的衰减值为0，测试系统光通讯处理模块发送全0x10的测试帧数据，当测试系统光通讯处理模块收到被测组件返回的0x10的测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统工控机启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回，当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期，计数器的计数时钟为10MHz，2Gbps，或25MHz，5Gbps。

5.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于系统进行光纤链路误码率测试：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连， 被测组件的光发送端通与测试系统的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面设置4个字节的误码测试数据，启动自动测试，并显示测试结果，

每测试1百万帧计算一次误码率，设置多次测试，求其平均值，

3）测试系统发送0x10的测试帧数据，被测组件成功接收后会返回相同的数据帧，当测试系统收到被测组件返回的0x10的误码率测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统启动计数器，把计数器的值和4个字节的误码率测试数据添加到测试帧数据中发送给被测组件，被测组件原值返回，当测试数据帧包含的计数器的值增加到1百万时，为一个测试周期，计数器的计数时钟为10MHz，2Gbps或25MHz，5Gbps。

6.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于系统进行光纤通道数据同步和一致性测试：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统的光通讯处理模光接收端相连，最多可同时连接12对光纤链路，

2）通过工控机软件启动自动测试，可以通过图形界面直观的显示光纤通道的同步性，

3）测试系统光通讯处理模块向每个通道发送0x10测试帧数据，当测试系统光通讯处理模块收到被测组件返回的0x10测试帧数据后，表示测试系统和被测组件数据收发都同步了，光纤链路测试系统中的高速实时示波器面板上相应的收发指示绿色发光二极管会点亮，测试系统接收和解析返回的数据得到同步脉冲，并通过图形界面显示出来，通过对比每个光纤链路的同步脉冲的在图形界面上位置的差异来得到光纤通道数据的同步和一致性，同步和一致性的判定需要设置一对参考通道，默认最先收到同步脉冲的通道为参考通道，比较其余通道的同步脉冲相对参考通道的同步脉冲是提前还是滞后多少个时钟周期，时钟周期为5ns。

7.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于系统进行光纤通道波形数据显示：

1）测试系统的光通讯处理模块一路光发送端与被测组件的光接收端相连，被测组件的光发送端通与测试系统光通讯处理模的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面可启动自动测试，并显示测试结果，

3）测试系统工控机接收并解析得到16位的I、Q数据并计算出幅度，工控机选择需要显示的通道号，选择显示I数据，Q数据，或者幅度数据。

8.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于系统进光纤信号发送：

1）测试系统光通讯处理模块的一路光发送端与被测组件的光接收端相连，

2）通过工控机软件界面配置测试系统的光通信模块产生12路BPSK的光纤基带 16位的I、Q信号，如用户需要可产生不同的数字调制基带I、Q信号，

3）BPSK设置的参数：32位DS码，码速率≤5MHz，分辨率：100kHz。

9.根据权利要求1所述的光纤链路测试系统，其特征在于系统进行高速数字信号测试：

被测组件的发射光纤通道接上配套提供的光电转换接头，可以实时测试光纤信号的眼图，测试光纤通道中数据的抖动，一致性，码片速率及信号的电参数。