李彥霞
目前,100G OTN設(shè)備在大規(guī)模進(jìn)行商用,在工程驗(yàn)收中采用的傳統(tǒng)的測(cè)試信噪比的方法已無(wú)法得到準(zhǔn)確的信噪比參數(shù)。設(shè)備廠家提供的頻譜分析單板也無(wú)法準(zhǔn)確的在網(wǎng)管上顯示單波信號(hào)的信噪比數(shù)據(jù),使得工程中測(cè)試的標(biāo)稱信噪比值對(duì)工程驗(yàn)收,后期維護(hù)有參考意義,也能準(zhǔn)確客觀反映出系統(tǒng)性能。根據(jù)信噪比的定義,信號(hào)與噪聲的功率比值,采用積分法測(cè)試是目前測(cè)試100G OTN系統(tǒng)廣泛采用的思路和方法。
一、OSNR的定義
在DWDM系統(tǒng)中,光信號(hào)以完全透明的方式進(jìn)行傳輸,傳輸性能監(jiān)測(cè)只能借助簡(jiǎn)單的模擬量,如光功率、OSNR (光信噪比)、中心波長(zhǎng)等。其中OSNR能夠比較準(zhǔn)確地反映信號(hào)質(zhì)量,并能在一定程度下判斷系統(tǒng)的余量,已成為目前衡量光傳輸系統(tǒng)性能最常用的指標(biāo)之一。OSNR的定義如下:
其中:Pi是第i個(gè)待測(cè)通道的信號(hào)功率;Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內(nèi)的噪聲功率;Br是參考帶寬,通常取0.1nm;Bm是噪聲等效帶寬。
二、傳統(tǒng)測(cè)試方法
由于之前常用的光傳輸系統(tǒng)為10Gbps或2.5Gbps,且基本都采用NRZ調(diào)制碼型。信號(hào)本身光譜寬度較小,即使在通道間隔為50GHz的實(shí)際傳輸系統(tǒng)里,通道之間光譜串?dāng)_非常小,可以忽略不計(jì),這種情況下,0.1nm的信號(hào)測(cè)量帶寬基本可以包含了傳輸信號(hào)幾乎全部功率,因此OSNR的傳統(tǒng)測(cè)試方法為0.1nm帶寬內(nèi)光信號(hào)功率和噪聲功率的比值。光信號(hào)功率取中心波長(zhǎng)平均峰值功率,而噪聲的功率取兩相鄰?fù)返闹虚g點(diǎn)的功率。
這種以通路間噪聲等效通路內(nèi)噪聲的測(cè)試方法(即帶外噪聲測(cè)試法),在10Gbit/s及以下速率NRZ DWDM系統(tǒng)中,可以獲得足夠高的測(cè)試精度。
三、傳統(tǒng)測(cè)試方法面臨的挑戰(zhàn)
業(yè)務(wù)需求和技術(shù)進(jìn)步都是無(wú)止境的,推動(dòng)DWDM技術(shù)繼續(xù)向以下幾個(gè)方向發(fā)展:
第一,RZ(歸零碼)、相位調(diào)制碼等新型調(diào)制碼型不斷應(yīng)用,打破了NRZ(非歸零碼)一統(tǒng)天下的局面;
第二,信道間隔不斷變窄,50 GHz間隔DWDM系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模商用,25 GHz間隔的超密集波分(UDWDM)系統(tǒng)也已具備商用條件;
第三,單信道傳輸速率不斷提高,40G/100Gbit/s系統(tǒng)進(jìn)入商用;
第四,ROADM(可重構(gòu)光上下路節(jié)點(diǎn))的引入實(shí)現(xiàn)了光域組網(wǎng)。
這些發(fā)展給傳統(tǒng)測(cè)試方法帶來(lái)了挑戰(zhàn),主要體現(xiàn)在信號(hào)光譜的展寬和重疊、濾波效應(yīng)破壞噪聲譜等方面。
3.1信號(hào)光譜的展寬
不同線路側(cè)速率單板的光譜寬度不一樣,即使相同速率的10G業(yè)務(wù)單板,不同調(diào)制碼型的光譜寬度存在一定的差異:RZ光譜寬度大于NRZ。下表是10G,40G和100G信號(hào)的-20dBm譜寬。其10GRZ,40G和100G信號(hào)的光譜接近或者大于通道間隔0.4nm。
3.2信號(hào)光譜的重疊
隨著信道間隔的減小和信號(hào)光譜的展寬,相鄰信道信號(hào)光譜開(kāi)始發(fā)生重疊。這對(duì)以信道間噪聲等效信道內(nèi)噪聲測(cè)試為基本原理的傳統(tǒng)測(cè)試方法帶來(lái)了挑戰(zhàn),原因是信道間不僅有噪聲功率,還有部分信號(hào)功率,這部分信號(hào)功率造成OSNR測(cè)試值偏小。
一般來(lái)說(shuō),采用較小的RBW掃描可以獲得更精細(xì)的光譜細(xì)節(jié),相鄰信號(hào)光譜更容易分辨。例如50GHz間隔的10Gbit/s NRZ調(diào)制系統(tǒng),如果用0.1nm RBW掃描,存在一定的光譜重疊現(xiàn)象,但是將RBW降至0.01 nm,可以得到比較好的信道間隔光譜細(xì)節(jié),此時(shí)結(jié)合積分法,可以獲得比較滿意的OSNR測(cè)試結(jié)果。
四、解決方案介紹及評(píng)估
通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試方法進(jìn)行修正,可以在一定程度上解決信號(hào)光譜展寬引發(fā)的測(cè)試誤差問(wèn)題。
修正方法一:
信號(hào)和噪聲測(cè)試使用不同的RBW。測(cè)試信號(hào)光功率時(shí)選擇較大的RBW,保證能夠覆蓋絕大多數(shù)信號(hào)光,10Gbit/s RZ信號(hào)建議采用0.2 nm,40Gbit/s信號(hào)可以適當(dāng)采用更大一點(diǎn)的RBW;測(cè)試信道間噪聲光功率時(shí)選擇較小的RBW,注意如果RBW<0.1 nm,計(jì)算OSNR時(shí)需要將噪聲功率換算成0.1 nm等效噪聲帶寬的功率值。
修正方法二:
積分法。采用OSA所能提供的最小RBW掃描待測(cè)光譜,用積分的方法計(jì)算中心頻率左右Br范圍內(nèi)的功率為信號(hào)功率,信道中間Bm范圍內(nèi)的功率為噪聲功率,兩者相比得到OSNR。
信號(hào)光功率的積分范圍可以取大一點(diǎn)(100 GHz間隔最大可取0.8 nm,50 GHz間隔系統(tǒng)最大可取0.4 nm);噪聲功率的積分范圍可以取小一點(diǎn),但是注意最后要換算到0.1 nm內(nèi)的功率。
五、結(jié)論
綜上所述,對(duì)于新型DWDM系統(tǒng),傳統(tǒng)OSNR測(cè)試方法面臨了巨大的挑戰(zhàn),雖然一些修正方案可以在一定程度上提高測(cè)試準(zhǔn)確性,但是其固有缺陷決定了無(wú)法解決信道光譜重疊和濾波器破壞噪聲譜等問(wèn)題。
信道內(nèi)噪聲測(cè)試法、噪聲功率譜擬合法等在研發(fā)和工程實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的替代方法可以在現(xiàn)有儀表?xiàng)l件下獲得更加準(zhǔn)確的OSNR測(cè)試結(jié)果。