YDT 1588.3-2009 光缆线路性能测量方法 第3部分链路偏振模色散.pdf

ICS 33.180.10 M33 YD 中华人民共和国通信行业标准 YDrr 1588.3-2009 光缆线路性能测量方法 第3部分:链路偏振模色散 Measurement Methods for Characteristics of Optical Fibre Cable Line Part 3: Polarization Mode Dispersion for Optical Cable Link 2009-06-15发布2009-09-01实施 中华人民共和国工业和信息化部发布 yorr 1588.3-2009 目次 11 l 范围. 2 规范性引用文件. 3 术语和定义 4 缩略语.3 5 测量方法与概述 6 测量条件与要求 7 干涉法6 8 固定分析法 9 斯托克斯参数测定法 附录A(资料性附录)偏振模色散测量方法在不同应用场合的适用性.14 附录B(规范性附录)干涉法的数据分析与计算.15 附录c(规范性附录)固定分析法的数据分析与计算17 附录D(规范性附录)斯托克斯参数测定法的数据分析与计算.20 附录E(资料性附录)干涉法测量偏振模色散的计算23 参考文献25 w w w . b z f x w . c o m YDrr 1588.3-2009 目。吕 YD厅1588(2007)，并结合我国实际情 况而制定。 本部分的附录B、附录C、附录D为规范性附录，附录A、附录E为资料性附录。 本部分由中国通信标准化协会提出并归口。 本部分起草单位:武汉邮电科学研究院、北京通和实益电信科学技术研究所有限公司、江苏亨通光 电股份有限公司、大唐电信科技产业集团、长飞光纤光缆有限公司、北京康宁光缆有限公司 本部分主要起草人:雷非、陈永诗、宋志倍、吴重阳、薛梦驰、王翔、程淑玲、张莉 II w w w . b z f x w . c o m 1 范围 光缆线路性能测量方法 第3部分:链路偏振模色散 YD!T 1588.3-2009 YD厅1588-2009的本部分规定了光缆传输链路中光纤偏振模色散的测量方法、测量系统、测量程序、 计算方法和结果处理。 本部分适用于二氧化硅系单模光纤光缆链路偏振模色散的测量，即由GBfT15972.10-2008中规定的 B类光纤所组成的光传输链路。它们可以是已经铺设熔接互联的光缆线路，也可以是光通信收发设备之 间的光通路，或者是其中的一部分。链路中可以包含其他光学元件，如光放大器、WDM器件、合波器等。 2 规范性引用文件 下列文件中的条款通过本部分的引用而成为本部分的条款。凡是注日期的引用文件，其随后所有的 修改单(不包括勘误的内容)或修订版均不适用于本部分。然而，鼓励根据本部分达成协议的各方研究 是否可使用这些文件的最新版本。凡是不注日期的引用文件，其最新版本适用于本部分。 GBfT 15972.10-2008 光纤试验方法规范第10部分:测量方法和试验程序总则 CIEC 60793-1-1: 2002, MOD) 3 术语和定义 下列术语和定义适用于本部分。 3.1 平均偏振模色散差分群时延MeanPMD Differential Group Delay 平均偏振模色散差分群时延是在光频范围问-V2)内主偏振态差分群时延L11(v)的平均值用公式(1) 表示: 3.2 IL1领吟dv PMDAvC = =丁 V2 -v1 式中: 光频率; 町、V2一分别为频率范围上、下限。 均方根偏振模色散差分群时延r.m.s. PMD Differential Group Delay (1) 均方根偏振模色散差分群时延是在光频范围问-V2)内主偏振态差分群时延A饵“的均方根值用公式 (2)表示: w w w . b z f x w . c o m YDrr 1588.3-2009 3.3 ,PMDRMS =吨，这里。为自相关包络的均方根宽度: 一一遍历条件。 8.3 常规干涉分析 CB.O CB.2) 传统干涉分析计算适用于任何模祸合形态的链路联合。其PMD的确定基于互相关与自相关干涉图的 平方包络。 单个输入/输出偏振态的自相关包络用公式CB.3)表示: E仰)=1艺作)+鸟(古)1 CB.3) 15 w w w . b z f x w . c o m YD!T 1588.3-2009 单个输入/输出偏振态的互相关包络如公式(B.4)所示: CB.4) (B.5) Ex() =1鸟(r)-Py (r)1 由 N个不同输入/输出偏振态所测得的干涉图计算其对应的自相关与互相关包络，并形成平方包络， 然后依公式(B.5)计算其平均平方包络。 碍耿阶(付仲 典塑的随机模祸合与混合模捐合互相关函数的平均平方包络如图B.2a、图B.2b所示。 呻咄NUhhHrq比HNmm仲Mm 20 1白o 4 日才廷p 常规干涉分析法得到的典型随机模辑合数据 12 8 -4 8 12 16 -20 图B.2a 寸 3如噜C ，-“ E 12 4可 怜。l自 才H 驳。，4 叫 42 IEC ;11 05 36 Bthl pS 常规干涉分析法得到的典型混合模辑合数据 30 24 t 12 12 -18 24 -30 36 42 图B.2b CB.6) 计算两个独立样本平均平方包络的均方根宽度，具体算法参见附录E.2。此宽度的理想定义为: 户2dr _2 _ 叫=户E6Cr)dr f (B.7) jr2 dr ;=.I户E;(r)dr r (B.8) 则偏振模色散的均方根值可以由下式获得: PMDRMS=扫一d)1/2 由公式。a)或C3b)计算偏振模色散系数。 16 w w w . b z f x w . c o m C.1 测量数据典型示例 典型测试曲线如图C.l所示。 1.0 0.2 。1300 1.0 0.8 。 附录C (规范性附录) 固定分析法的数据分析与计算 1400 1600 1600 波长Inm Ca)弱模祸合 1400 1440 1480 1520 1560 1600 波长Inm Cb)随机模稿合 图C.1固定分析法测量PMD的典型R()曲线 C.2 数据预处理与傅立叶变换 YDrr 1588.3-2009 进行傅立叶变换要求数据在光频上是等问距的，也可以是在光波长上为等问距的。如果测量结果不 能满足上述要求，则需要进行数据内插或频谱预估等技术处理。必要时可以进行数据零填充以及直流水 平位移处理，以满足傅立叶变换的数据处理要求。 要求傅立叶变换后能够表现出每个古的幅域数据分布。 C.3 数据整理 傅立叶变换后的数据在零点的数据通常不为零，它是测量系统的插入损耗与测试数据的直流光电平 处理结果。通常再忽略掉下一个数据点，取变蜀，将再后面的一个数据点定为j=O，此为第一个有效数值。 确定系统均方根噪声光电平，将此均方根噪声光电平的200%设为阔值电平T1。 若数据预处理未进行零填充，则取X=3，否则X按公式CC.l)取值: x = 3xC原始测试数据点数量) 一 零填充后总的阵列长度 CC.l ) 17 w w w . b z f x w . c o m YDtT 1588.3-2009 对傅立叶变换后的数据P()检查第一个X的有效点数据值，若低于T1则传输链路为弱模祸合链路， 它具有不连续峰值的特性。 C.4 弱模辑合光纤的偏振模色散计算 对于弱模棉合光纤(例如高双折射光纤)或一个双折射元件，经过校准，R()类似于一个抖动的正弦 波(图C.la)。傅里叶变换会给出P(8r)输出，它包含对应于与脉冲抵达时间位置相对应的离散尖峰，此 为PMD的瞬态值C Ll)。确定P(8r)超过阔值电平的瞬态峰值点。用公式CC.2)计算链路差分群时延: AD=ZZi的(此)8t“e/立卢(8r)CC.2) 其中M年1为包含超过阔值光电平的峰值P的数据点数。 方程中的单位为ps，如果没有尖峰(如M/=O)，则PMD为0，其他参数如均方根尖峰宽度以及 峰顶值均须记录。 如果测量装置包含有一个或多个双折射元件就会出现多个尖峰，对一个数量为n的连接光纤(器件) 会有2几句=Zjfi即命)54/Zjfi即命)山 CC.3) 由公式C3b)计算偏振模色散系数。 C.6 混合辑合光纤系统的偏振模色散 对于在既有弱模稿合光纤/元件又有随机模糯合光纤的综合链路情况，两种判定都需要考虑。注意 P(r)的尖峰有可能仅由更远的T阳，计算。 19 w w w . b z f x w . c o m YDrr 1588.3-2009 附录D (规范性附录) 斯托克斯参数测定法的数据分析与计算 D.1 琼斯矩阵本征分析 将每个波长所测的3个斯托克斯矢量转换为琼斯矢量h、币和q，并根据其分量依公式CD.l)计算各 个复比率: k1 = hxl hy k2 = vxlVy k3=qxlqy 第4个比率可由上述3个值依公式CD.2)计算获得: k4 = (k3 -k2)/(k1 -k3) 由此可获得如公式CD.3)的琼斯矩阵: Iklb k“ I T=I I I k4 1 J 计算相邻波长增量上琼斯矩阵的逆矩阵，可得公式CD.4): T(+)1斗1=0 这里，为光波角频率L1ro为光波角频间隔。 CD.l ) CD.2) CD.3) CD.4) 求其本征值剧、P2C参见“JME法测量光器件偏振模色散“) ，则此两测量波长中点的差分群时延 见公式CD.5)。 的=1叫到/ CD.5) 其中Arg为幅角函数，即Arg(neioj=。 计算所有测试波长DGD值，即可获得单次测试得到的DGD与波长关系曲线，对所有这些DGD值取平 均即可获得单次测试的偏振模色散。由公式。a)或C3b)计算偏振模色散系数。 20 典型DGD与波长的测试曲线及其分布直方图和麦克斯韦曲线分别如图D.l、图D.2所示。 350 300 250 的200 a. 1臼 100 50 。 1520 154口1560 1580 1600 1620 波长nm 圄0.1OGO的波长关系曲线 w w w . b z f x w . c o m YDrr 1588.3-2009 盼 k 100 12014口160160200 220 240 260 2日o300 DGD ps 图0.2OGO数据直方固 80 60 40 20 。 邦加球分析分析法D.2 (D.6) 由测得的归一化斯托克斯矢量可算得公式(D.6)斯托克斯矢量: AHHA 怎的最小序数jo 其中z是光源的相干时间。 对于互相关干涉图，应该使用公式(E.7)定义: Jr = it + 1 E.1.5 计算干涉图的二阶矩 用公式(E.8)表示: 22 (E.O (E.2) (E.3) (E.4) (E.5) (E.6) CE.7) w w w . b z f x w . c o m YDtT 1588.3-2009 CE.8) vt h任/ chl 广 NZ iDM 一 + h护/ c-rJ 扑了三抖 AT-H 一 S=.! 2 E.1.6处理干涉图 设Jrrrin为使得C一号2S的最大序数J; Jmax为使得奇一C2S的最小序数jo E.1.7 计算处理后干涉图的二阶矩E 用公式(E.9)表示: (E.9) zt h护l cI Ir 一 zl 凹 叫 TJ 】剖 却j-C?Ij J=J吧一一一一一一-一+ “f/j 1 S=2 E.1.8 计算高斯分布EXP一(t-C)2 /(2i)的标准偏差 用公式(E.1O)表示: (E.I0) h-c)2日P(一伫211)d 1j, 22E + ti(t-c)2EXP(止孚)dt 1 1mio 2 ti(t-2 EXP(一一一一)dt tj2 1 s=三 可以采用迭代的方式由(E.1O)式计算。 常规分析 此算法为迭代计算法。它将所有的数据阵列分成两种集合:中心部分的集合M以及含有噪声的信号 与拖尾的集合T。对这些设置进行迭代运算，直至结果收敛。对于一个迭代，每种设置的数据点数表示 为NM、NT。 以 z表示反射镜在不同的位置 tj(ps)时测得的包络的强度，J=1,2,No 首先将整个数据阵列中最前与最后5%的数据设定为集合T，则余下的部分为集合M。 E.2 (E.ll) 23 计算零光强凡 用公式(E.ll)表示: 凡=“fj/NT jET E.2.2 定义变化光强Ij 用公式(E.12)表示: E.2.1 w w w . b z f x w . c o m YDrr 1588.3-2009 L=l; -lo all N E.2.3 计算干涉图的中心C 用公式CE.13)表示: c=EjVEj E.2.4 计算平方包络的RMS宽度 用公式CE.14)表示: 2汇(tj_C)2 Ij / “2/j jEM I jEM 巳2.5重新定义设置区域 将C-4逗号，C+4础甘范围内设定为集合M; 其他范围设定为集合T。 巳2.6重复步骤E.2.1到E.2.5 直至结果收敛。 24 CE.12) CE.13 ) CE.14) w w w . b z f x w . c o m 参考文献 GB!T 189-2002 (单模光纤偏振模色散的试验方法 YD!T 1634-2007 (光传送网(OTN)物理层接口 JME法测量光器件偏振模色散，宇航计测技术，2005.1O,Vo1.25 NO.5 YDrr 1588.3-2009 IEC 61280-4-4 (2006) Fibre optic communication subsystem test procedures Part 4-4:Cable plants and links-Polarization mode dispersion