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发布日期: 2011年8月31日

下一代网络中的光谱分析仪

最近,多个高带宽网络已得到升级,在其中加入了可重构的光学分插复用器 (ROADM) 以提高效率和灵活性。网络可以远程增减快速路由上的波长,以便优化带宽。

ROADM 的核心是一台波长可选交换机 (WSS),它用于将任意波长重定向到任何方向;WSS 的运行与颜色、方向和争用无关。这实际上就为网络提供了灵活性、可扩展性和安全性,但同时也改变了测试规则。

接收器的功能是为解调器提供其可从接收的光信号中提取出来的最清晰的电信号。要确定信号在密集波分复用 (DWDM) 系统中的传输情况,可使用光谱分析仪 (OSA) 来测量该信号的光信噪比 (OSNR)。OSA 可以鉴定每个通道接收器处的信号功率与背景噪声之间的差值;该值为指示接收信号的可读性提供了适应长距离应用的参数,其随着距离界限的不断增大而越来越受到关注。

OSNR 是信号(或有意义的信息)与背景噪声之间的比率。OSNR 提供关于误码率 (BER) 的间接信息,这一特性使其成为可从所测光谱中得到的最有用参数,这也是 ITU-T 建议标准 G.692 和 ITU-T 建议标准 G.959.1 将其列为接口参数的原因。

传统的 OSNR 测量方法

用于确定 OSNR 的传统方法称为插值法,其由 IEC-61280-2-9 所定义。该方法要求在两个波峰之间的中点测量噪声级别并进行线性插值。然后可以评估波峰下方的噪声,并计算出 OSNR。

传统的 OSNR 测量方法

此方法采用了两个假设,在非下一代网络的情况下这些假设是准确的:首先,假设此噪声在分析波段内为平坦的噪声;其次,假设通道之间无信号,即通道之间的功率级别就是噪声的级别。

假设 1:平坦的噪声

ROADM 的示意图如下所示。ROADM 通常位于重要的节点上,起到波长路由的作用,在 ROADM 内没有信号再生,所以使用了光学线路放大器以在信号进入 ROADM 之前将其放大。之后使用 WSS 来选择在任意指定时间哪个波长位于哪个位置。

假设 1:平坦的噪声

宽带信号(例如,经过任何 WSS 的任何放大器的放大自发辐射噪声)将得到过滤,并且输出差不多为滤波器(或经过几个 ROADM 后的级联滤波器)的图像。

宽带信号(例如

在这种情况下,很明显噪声平坦假设不再成立。因此,使用插值法将低估噪声级别,导致得到好于实际情况的错误性能评估结果,并会由此产生错误的安全感觉。

以下图中的通道 13 为例,使用插值法的传统 OSA 测出的噪声处于红条水平,而真正的噪声则处于蓝条水平。OSNR 没有测量的那么高,因此必须在值得注意的位置进行测量;即在波峰下方测量,这种 OSNR 称为带内 OSNR

以下图中的通道 13 为例

假设 2:通道之间的功率水平就是实际的噪声水平

随着更高比特率(例如,40 Gbit/s)的出现,带来了更复杂和更宽的光谱形状,如下图所示:

假设 2:通道之间的功率水平就是实际的噪声水平

由于大多数长距离和城域网均已采用 50 GHz 的通道间距,而另一方面每一通道的更高速率信号将导致更宽的光谱宽度。这意味着光信号光谱可能会重叠,从而隐藏信号之间的噪声。

使用插值法将导致高估噪声级别,这会形成性能没有真实性能好并且网络中会出现问题的建议。

以下图中的通道 73 和 74 为例,使用插值法的传统 OSA 测出的噪声处于红条水平,而真正的噪声则处于蓝条水平。在这种情况下,OSNR 比测量和感觉的要高。如前所述,必须在重要位置测量噪声;即在波峰下方测量,这种 OSNR 称为带内 OSNR

73 和 74 为例

处理组合情况

复杂的下一代网络可能会同时传输 10 Gbit/s 和 40 Gbit/s 信号,所有信号均通过级联 ROADM,因此要同时应用上述两种情况/假设。以下是一个示例:

处理组合情况

第一个突出显示的区域包括前 10 个通道,这是传输 10 Gbit/s 的情况,其中背景噪声非常明显,但很明显不是平坦的噪声(1545 nm 之前的区域证明了这一点)。下面着重显示了传统 OSA 可能的测量误差:

第一个突出显示的区域包括前 10 个通道

 

通道编号

插值 OSNR
(dB)

真实 OSNR
(dB)

误差
(dB)

       

1

24.09

21.27

2.82

2

23.28

22.57

0.71

3

22.84

21.93

0.91

4

22.80

20.65

2.15

5

22.41

19.90

2.51

6

22.00

19.34

2.66

7

22.48

19.28

3.20

8

23.08

19.79

3.29

9

23.14

20.40

2.74

10

23.92

20.49

3.43

第二个突出显示的区域为通道 11 到通道 22,显示出另一个问题:较大的信号会隐藏噪声线(以及噪声并非平坦的噪声的事实)。

11 到通道 22

通道编号

插值 OSNR
(dB)

真实 OSNR
(dB)

误差
(dB)

11

14.98

17.73

-2.75

12

14.32

16.65

-2.33

13

14.44

17.93

-3.49

14

13.4

18.1

-4.70

15

15.28

19.12

-3.84

16

14.63

18.1

-3.47

17

14.85

17.49

-2.64

18

14.55

18.55

-4.00

19

13.4

17.63

-4.23

20

13.63

17.79

-4.16

21

15.06

18.39

-3.33

22

17.69

20.35

-2.66

因此,无论您拥有或打算部署何种类型的下一代网络,如果该网络采用了 ROADM 或 40 Gbit/s 及更快的调制,则任何传统的 OSA 都将无法生成准确的结果。这正是精确的带内 OSNR 测量需要下一代 OSA(基于称为混合检测的技术)的原因。