測(cè)試相干光收發(fā)機(jī):需要知道什么?
圖2.相干光波信號(hào)分析儀提供的控制和分析功能。在本例中,觀察到的是使用23 GHz帶寬、以50 GS/s采樣率數(shù)字化后的32 Gbaud光信號(hào).
測(cè)試戰(zhàn)略的實(shí)際應(yīng)用
在從研發(fā)轉(zhuǎn)入質(zhì)檢和生產(chǎn)的過(guò)程中,在考慮備選方案時(shí),了解相干儀器和相干接收機(jī)之間的區(qū)別非常重要。相干儀器設(shè)計(jì)成擁有最寬的帶寬和經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)的性能。相比之下,相干接收機(jī)設(shè)計(jì)成只在一定光信噪比下提供某個(gè)誤碼率必需的帶寬。這意味著后者的眼圖質(zhì)量將低于真正校準(zhǔn)后的儀器上繪制的眼圖質(zhì)量,而且沒(méi)有任何方式來(lái)準(zhǔn)確地確定測(cè)試余量或查看故障的根本原因。接收機(jī)的角色是調(diào)整和縮窄帶寬,最大限度地消除噪聲,除了簡(jiǎn)單的通過(guò)/失敗測(cè)試外,不太適合代替測(cè)試儀器。
在生產(chǎn)環(huán)境中,可以設(shè)置相干信號(hào)分析儀,自動(dòng)執(zhí)行一系列測(cè)試,節(jié)約時(shí)間。通過(guò)使用圖形用戶(hù)界面,擁有不同技能的各類(lèi)用戶(hù)可以學(xué)習(xí)和使用系統(tǒng)。它還可以在實(shí)時(shí)互動(dòng)環(huán)境中測(cè)試不同的均衡和相位恢復(fù)算法,以?xún)?yōu)化性能。此外,能夠了解信號(hào)鏈條不同點(diǎn)上帶寬限制的影響有助于揭示這些限制會(huì)在哪里產(chǎn)生過(guò)多的錯(cuò)誤。
數(shù)字化器性能的影響
相干光信號(hào)分析儀最重要的要求之一是在屏幕上準(zhǔn)確表示經(jīng)過(guò)光纖的實(shí)際信號(hào)。通過(guò)檢查數(shù)字化器的靈敏度、線(xiàn)性度和帶寬,可以評(píng)估這一能力。對(duì)給定的相干光前端,數(shù)字化系統(tǒng)是確定測(cè)量系統(tǒng)工作精度的一個(gè)關(guān)鍵變量。
在圖3中,使用的是相同的28 Gbaud單一極化電信號(hào),但數(shù)據(jù)是使用不同的數(shù)字化器捕獲的。在最左面的圖中,眼圖變圓、缺少完全平坦的上下軌表明了使用20GHz帶寬示波器時(shí)由于帶寬有限所帶來(lái)的影響。盡管在這種情況下眼圖完全睜開(kāi),因此測(cè)量沒(méi)有差錯(cuò),但它并沒(méi)有完全準(zhǔn)確地表示輸入的信號(hào)。在性能提高時(shí),眼圖質(zhì)量也會(huì)提高。在33 GHz帶寬、100 GS/s采樣率時(shí)進(jìn)行的采集基本上消除了帶寬和頻響限制,表明擁有準(zhǔn)確靈敏的數(shù)字化器的重要意義。
圖3 多個(gè)眼圖比較,表明帶寬和采樣率對(duì)信號(hào)精度的影響。
高帶寬數(shù)字化器與相干分析儀配套使用時(shí),其優(yōu)勢(shì)是能夠揭示光傳輸系統(tǒng)中的限制來(lái)源。圖4顯示了另一個(gè)帶寬視圖,在本例中是信號(hào)頻譜。在20 GHz時(shí),調(diào)制器和調(diào)制器驅(qū)動(dòng)器的局限性并不明顯,因?yàn)槭静ㄆ鲙挶旧硪呀?jīng)成為限制因素之一。然而,在33 GHz時(shí),可以清楚地看到信號(hào)跌落的點(diǎn),因?yàn)閿?shù)字化器和光接收機(jī)的帶寬不再是限制因素。
圖4. 更寬的帶寬使得查看調(diào)制器和驅(qū)動(dòng)器的局限性成為可能。
20 GHz scope: 20 GHz示波器
33 GHz scope: 33 GHz示波器
5 GHz per div: 每格5 GHz
10 GHz per div: 每格10 GHz
測(cè)量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)
相干光信號(hào)分析儀提供了多種測(cè)量功能,可以找到問(wèn)題的根本原因,了解損傷的各種來(lái)源。其中比較實(shí)用的測(cè)量之一是考察發(fā)射機(jī)星座圖的不理想特點(diǎn),包括EVM、Q因數(shù)和相角。
從根本上看,EVM是衡量哪些成分將成為數(shù)字信號(hào)的模擬指標(biāo)。如圖5所示,查看檢測(cè)到的符號(hào)及測(cè)量其距理想符號(hào)位置的距離,可以得到誤差矢量幅度。它可以列為平均值或時(shí)間函數(shù)。EVM的一個(gè)優(yōu)勢(shì)是您不需要知道碼型,而Q因數(shù)則需要知道碼型。
圖5. 使用EVM測(cè)量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)。
另一方面,使用圖6所示的Q因數(shù)可以提供現(xiàn)實(shí)得多、細(xì)致得多的符號(hào)視圖。通過(guò)Q因數(shù),系統(tǒng)將移動(dòng)判定門(mén)限,在判定門(mén)限移動(dòng)時(shí),系統(tǒng)會(huì)計(jì)算誤碼數(shù)量。Q圖也就是有效顛倒的浴缸曲線(xiàn),用來(lái)表明相干調(diào)制眼圖的同相成分和正交成分。Q圖不僅提供了預(yù)計(jì)的誤碼率,還作為Q因數(shù)提供了衡量眼圖質(zhì)量的單一指標(biāo)。這可望迅速確定優(yōu)化Q時(shí)在帶寬中是否有任何損傷。
圖6. 使用Q因數(shù)測(cè)量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)
有助于找到根本原因的另一個(gè)測(cè)量指標(biāo)是星座圖相角,可以使用校準(zhǔn)后的儀器精確讀出相角。圖7顯示被調(diào)制信號(hào)同相成分和正交成分之間的相角是76度,而理想的相角是90度。這類(lèi)信號(hào)在背對(duì)背場(chǎng)景中是沒(méi)有差錯(cuò)的。然而,在加載噪聲時(shí),與比較精確地調(diào)諧系統(tǒng)相比,差錯(cuò)率可能會(huì)更迅速地提高。
圖7. 以76度相角測(cè)量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)表明調(diào)諧不準(zhǔn)確,在噪聲提高時(shí)可能會(huì)導(dǎo)致誤差
總結(jié)
相干光波信號(hào)分析儀允許工程師了解和優(yōu)化采用高級(jí)調(diào)制技術(shù)(如DP-QPSK)的光網(wǎng)絡(luò)。它能夠分析信號(hào),測(cè)量星座圖參數(shù)、正交和調(diào)制器偏差值、符號(hào)掩碼、EVM、信號(hào)和相位頻譜、BER和Q對(duì)判定門(mén)限。這種準(zhǔn)確的、可重復(fù)的分析范圍節(jié)約了時(shí)間,使得擁有一定知識(shí)和背景的現(xiàn)場(chǎng)技師或制造工程師能夠使用系統(tǒng)。
隨著100G技術(shù)從研發(fā)轉(zhuǎn)入質(zhì)檢和生產(chǎn),相干信號(hào)分析儀實(shí)現(xiàn)的測(cè)試自動(dòng)化也變得日益重要。信號(hào)分析儀還支持測(cè)試均衡和相位恢復(fù)算法,并能夠了解帶寬限制的各種影響,而不管是在發(fā)射機(jī)、數(shù)字化器上、還是在接收機(jī)上。
評(píng)論