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1、数宇化趋势噪声功率比张万书l问题的提出在过去对反向传输的研究中遇到一个问题，刚开始实行回传业务时，回传业务量不是很大系统工作得非常好。但是继续增加新的回传业务时，却发现情况越来越坏，误码率急剧恶化。而且，若企图提高功率以抵抗载噪比的变坏t 结果往往会更为糟糕。这使得有线电视台碴入窘境，面对不断增长的业务需求，虽然还有许多空闲频带，却无法继续增加业务。研究中发现，这是由于某些( 个) 载波过大造成的，因此，想到恒定功率的方法。2 定义噪声功率比( N o i 8 eP o w e rR a t i o ，N P R ) 是一种测试方法它检验频道内噪声和互调失真数量。测试信号南反向通道频率范围(
2、5 6 5M m ) 带宽限制的平坦高斯嗓声组成。带一个由开稽滤波嚣( 陷渡器) 删除噪声的窄频段( 频道) 。N P R 定义为相对于频道内噪声与互调失真电平的信号电平。本质上，N P R 是槽的深度。注：该程序仅仅推荐为非业务状态下测量。因为这些测量使用整个反向频谱，测试期问将引起存在于设备中信息量的分裂。3 测试设备及其连接所需设备：带宽至少等于反向频谱的噪声豫，成形噪声的射频滤波器，频谱分析仪。设备连接的原理如图1 所示。实际的N P R 测试装置见图2 。图3 示出输入到系统反向射人点“信号”。图4 给出被测得的N P R 不同情况。信e 探高；般器_ 1 蒜：熟H ：器嚣H 被测件
3、H 频谱仪l图1 噪声功率比测量的原理框图对反向设备或系统加载由滤波器成形的如图3 所示的白噪声信号，在光链路设备输出端或系统前端得到图4 的形状。当注入激光器的功率低于产生失真的电平时( 例如，空槽深度低于信号电平4 2 d B 以上) ，N P R 被光链路本底噪声( 激光器R I N 、光纤和接收机噪声) 所限制，此时称为低信号限制侧。随电平的增加，噪声功率比将会改善。当激光器工作高于引起削波及失真的输人功率时，这个滤波槽就会很快被互凋及削渡产物所填充，本底噪声迅速提升，N P R 降低至饱和电平，此时为高信号限制侧。如图4 所示，噪声功率比即为信号功率与槽口中噪声及失真产物( ，) 的
4、功率差。该互调失真称为组合互调噪声( c 删) 。宽带白噪声发生器A 2d Bd B凡墨立 d B H 矿 仉 i ! j 互口放大器i什为删试点 d B 为鞋碱器 H P F 为高通滤波器 L P F 为低通滤波器周2 噪声功率比( N P R ) 测量的实际装置，51 52 53 54 55 56 5频率一M H z图3 用到D U T 上的加载噪声信号4 测量步骤里频蹭分析仪有线电视与网络技术频率f M H z圈4 噪声功率比测量通用程序：( 1 ) i f 耐整噪声源给出合适的功率电平( 参见注意事项) 。( 2 ) 连接频谱仪至被测信号。( 3 ) 置频谱仪如下：中心频率槽口的中心频
5、率间隔大约1 0 M H z垂直刻度1 0d B , e h分辨带宽大约1 0 0 k l i z ( 注意事项)扫描时间自动输入衰减按要求( 参见下文)方法1 ：噪声标志法( 最好的方法)注：此处的“标志”系指频谱仪的光标。( 1 ) 该方法要求频谱仪具有噪声测量模式( 有时称为噪声标志或噪声归一化单位d B l - I z ) ，并置于该横式。2 8 3鸯氯罩*母申蜒、，铎址雎醒举墨，目jm。邶枷瑚珈捌枷珊罩蒂曹旨堆、，簿毒椎磊蟮喾1皿数字化趋势( 2 ) 置分析仪于“取样”检波模式( 许多频谱仪的噪声测量模式，将自动成为“取样”检渡模式) 。( 3 ) 置视频滤波器十自动( 或断开) ，
6、调整参考电平使噪声的峰决不超过显示的顶。该诃整中输入衰减 器应是自动模式。( 4 ) 输入衰减必须调整到足够高，使频谱仪不引起叠加的互阑噪声。调整输入衰减器，测量槽底中噪声电平( 使用噪声标志) 。增加输入衰减直到槽u 中噪声电平最低。如果噪声电平不能降低返同到原来衰减器量定。( 5 ) 把噪声标志放在信号上测量信号电平。如果标志读数不稳定，接通视频平均或使用较低视频带宽。( 6 ) 把标志放到槽口的中心，测量噪声电平( 洼：某些频谱仪，噪声标志读光标位置的大约1 2 刻度内的所有频率。所以，槽日至少不是一个刘度宽，重新调整频率间隔置定) 。( 7 ) 用另一个外部衰减器衰减信号( 在频谱分析
7、仪的输人端) 至少3 0d B 或去掉信号并终端分析仪输入检验频谱仪噪声底是否足够地低于噪声槽口电平。如果F 降不是至少1 0 d B ，使噪声接近噪声表，修正记录在第6 步的噪声电平。( 8 ) 从信号电平( 第5 步) 减去校准的噪声电平( 第7 步)噪声功率比= 信号电平一噪声电平方法2 ：正常标志法除用正常标志代替方法1 的噪声标志外，其它相同。5 注意事项测试装置的信号槽口应尽可能地深，槽口探度限制了该测量的动态范围。测得的最大噪声功率比将绝对不比槽r 3 探度大。一般来说槽深应至少比想得到的测量值大1 0 d B 。槽口的宽必须至少与频谱仪E 置定的分辨带宽一样宽。例如，使用1 0
8、 0k H z 的推荐分辨带宽，槽口应至少1 0 0k H z 宽。较窄的槽口将要求较低分辨带宽置定，需要较长的扫描时间。在陷波器之后应不使用任何放大器。如果需要放大器获得足够的信号电平，放大器应置于滤渡器之前。如果放犬器跟随滤波器，它降低了射入的噪声峰值平均值，降低了“好”结果。进一步说，如果放大器跟随开槽滤波器，它的失真将对网的失真有贡献。射入的噪声( 信号) 应是平坦的。在推荐通过带宽内，电乎变化小于1 2 d B 。网络的动态范围可以由宽功率范围内测得的噪声功率比来确定。产生比预想值大的噪声功率比的输入功率范围是作为网络性能水平的动态范围。如果上面的方法不能提供高噪声功率比测量的动态范
9、匿，带通滤波器可以加到频谱仪的前面。这样一来，滤波器应通过足够的信号和整个槽口，以便测量信号电平和槽口电平。6 优点该噪声功率比测量有如下好处：简单、直截了当的测试过程；测量设备容易找到；可重复性；对一组数字调制信号的良好相似陛；从测试结果能估计出误差性能。7应用1 ) 确定反向激光器或系统的工作范围噪声功率比测量可用于决定合适输人功率的工作点。在低信号限制惯，调制解调器( M o d e m ) 的数据误差性能可以从它在加性白高斯噪声( A W G N ) 性能中估计出。最高功率限制在工作点应取最大的N P R 点。以有线电视与网络技术便容许用于N 4 的N - Q A M 调制的凋制解调器
10、，如图5 所示。用户可以根据不同应用选择合适的c ( x + 1 ) ( 本例为3 0d B ) 得到射人激光器的总功率范围( 8 2 4 d B m v ) 。顺便说一句，被测光链路应是真正的光纤还应有各种温度下的测试数据。m 船测试提供丁关丁有用动态范瞒的关键信息。5 0 一r 1 - - F P 7 - 敬- - 端T - 一4 0 4 53 5笔3 0 l 凳1 51 ： 0 4 05 06 07 08 09 0t 0 01 1 0进入馓光器的总功率d B v图5 嫌声功率比动态范围2 ) 用“每H z 恒定功率法“计算反向通道有了完整的噪声功率比曲线和性能数据，系统设计者如何使用整个
11、反向频谱，使功率不超过它们的功率预算。即使只有一个频道存在，仍应落人输入功率范围并满足N P R 要求。这就需要使用“每H z 恒定功率法”。把输入到激光器的总功率以1 I z 步长划分，然后用各自信道的占有带宽分配功率。若用图5 的例子总功率取为1 6d B m v ，假设使用的反向带宽屉5 4 0 M H z ，即3 5 M H z 带宽。那么每H z 的功率为1 6d B m v 一1 0l g ( 3 5M H z 1H z ) = 1 6d B m v - 7 5d B = - 5 9d B m v H z = ld B v H z如果安排上行回传业务如表1 ，每个计算机诵制解嗣器变
12、瓦业务的占有带宽为1 9 2k H z ，那么每个频道的功率为ld B I r v + 1 01 9 f 1 9 2k H z IH z ) = 1d B p , v + 5 3 d B I x v = 5 4d B p v若需要3 6 个频道，所需带宽和功率分别为1 9 2k H z 3 6 = 69M H z5 4d B t t v + l O1 9 3 6 = 5 4d B p v + 1 56d B t r v = 6 96d B p v假设电话和其它业务的占有带宽分别为2M H z 和1M H z ，按照前面算法，得到表1 的数据。加上这些信号，在频谱仪上使用声测量模式时，其显示如图
13、6 。表1 上行通道回传业务的分配频道带宽每频道功率总带宽总功率业务种类频道数 d B v vM H zd B p v变互式6 96 96电话1 02 0其它6 l总计3 4 97 6图6 频谱仪上的图形数字化趋势由图6 可见，频谱仪匕观测到的频谱看起来是很平蛆的。分配方式简单，计算容易。对于未来新增加的业务，预留了所需要的功率裕量。把频谱仪的频率轴拉开，在显示波形的下面部分用噪声光标测出系统本底噪声，与信号电平( 1d 1 3 阻v I - I z ) 之差即为载噪比( C N ) 。它与图5 中N P R = 4d B 相对应。 3 ) C N 和N P R 与误码率( 脚) 的关系误鹃率
14、是衡量数字信号传输性能的最重要参数，用误码仅1 测得。图7 给出从M o d e m 可得到的各种调制方式的N P R 及B E R 与输人功率的关系曲线。图8 绘出B E R 与C N R 或N P R 的关系曲线。输入到激光器的 电平是惮的。该图t 也绘出被测M o d e m 的B 积性能与具有A W G N 的C N R 并系曲线。在几乎所有情况下，M o d e m 的误码性能与C N R 的关系接近于误码性能与所测得的N P R 的关系。这指出，B I E R 对C N R 的关系，可以在N P R 曲线的低信号限制侧，与B E R 对N P R 的荧系有同样的分析结果。这个B E R 与C N R 或N P R 的关系曲线是著名的攥布曲线。
