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发布日期: 2018年1月25日

EXFO问答:了解海底网络的OSNR

之前发表在Ciena

在2018年太平洋电信会议(PTC展会)举办之前,Ciena公司的Brian Lavallée与EXFO公司的Jean-Sébastien Tassé一起,共同探讨在海底光缆网络上正确测试OSNR的重要性和难点。

显示高速海底光网络状况的重要性能指标之一被称为光信噪比(OSNR)。我和EXFO的Jean-Sébastien一起,共同探讨这个重要测量参数,以便了解它为何在海底光缆运营商维护其海底资产性能时如此重要。让我们深入探讨这种技术。

Jean-Sébastien Tassé具有超过13年的销售和营销经验,目前在EXFO担任光业务部门的产品线经理,负责光谱分析仪和色散产品线的业务战略、路线图和发布战略。

BrianOSNR为什么对海底网络运营商非常重要?
Jean-Sébastien为了满足不断增加的带宽要求,100G现已成为大多数海底网络的基础,即将提供更高的速率,或已经在某些海底光缆上开始提供更高的速率。很久以来,OSNR都被认为是带放大器的高速海底网络的一个关键性能指标,用于确保网络性能和可靠性。我希望能够探讨OSNR测试的优点、用于不同信号类型的不同方法,并介绍最新标准的进展。我们还将讨论在速率增加到超过100G时,OSNR如何变得更加重要。

BrianOSNR测试有哪些优点?
Jean-Sébastien简单地说,OSNR是信号功率和噪声功率之比。它在进行海底网络规划时仍然是一个关键参数,因为它与很多设计参数有关,如中继器数量、覆盖距离、可用的调制格式等。当网络在线时,OSNR可能会因为信号功率变化或中继器由于老化造成噪声增加而改变。这些可能出现的变化使得有必要在调试或网络维护期间进行测试,原因有几个:

  1. 大幅缩短海底网络中断时间
    每条100G或速率更高(100G+)的相干海底光缆都有一个最小的OSNR值,必须在接收端达到这个值,以确保无错传输。定期测量OSNR可以帮助运营商和系统厂商评估有多少OSNR容限(净空),以便在出现网络中断之前主动地解决任何性能问题。
  2. 减少故障诊断时间
    造成网络故障的原因有很多,借助OSNR测试,可以迅速精确定位并解决任何有缺陷的ROADM或中继器。
  3. 评估升级到超过100G速率的潜力
    现有基于QPSK调试格式的相干100G网络越来越多地使用各种新颖的调制格式升级到更高速率。当接收器端的OSNR为13 dB至15 dB时,100G QPSK信号可以正常传输,但16-QAM信号可接受的OSNR为18 dB至20 dB,这个阈值更加严格。实际上来说,目前支持100G QPSK传输的海底光缆可以升级到更高的调制速率,也可能会由于OSNR的限制及其它与光缆有关的因素无法升级。

Brian是否有不同的OSNR测量方法用于不同的信号类型?
Jean-Sébastien:是的。IEC61280-2-9标准规定了传统的OSNR测量方法,该方法称为插值或带外法(如图1所示)。

IEC 61280-2-9 standard OSNR Measurement Method

                                                                      图1:IEC 61280-2-9标准OSNR测量方法

该方法在关注的通道与其两个相邻通道之间的中点测量噪声,即N(λi-Δλ)和N(λi+Δλ),然后计算这两个噪声的平均值,得到Ni(如图1所示),从而进行线性插值。接下来,可在归一化后,将信号功率除以插值的噪声,计算出OSNR。该方法特别适用于无可重构光分插复用器(ROADM)、速率最高为10G的网络。

然而,IEC 61280-2-9不适用于100G+信号和ROADM网。

图2显示了间隔为50 GHz的100G通道,这种间隔在现代的海底(和陆地)网络中比较常见。经过偏振复用(Pol-Mux)的100G+信号通常比传统的OOK(On-Off-Keyed)信号宽(需要更多的光谱),这意味着它们可能会和相邻的通道重叠。于是通道间的中点不仅包括噪声,还包括信号脉冲噪声。因此,IEC方法用于100G+ Pol-Mux信号,可能会导致噪声被高估,且测量日期不准确,造成决策失误。

IEC 61280-2-9 Method Fails with Dense Pol-Mux 100G+ signals

                                                   图2:IEC 61280-2-9方法不适用于密集的Pol-Mux 100G+信号

图3显示的是经过ROADM的100G信号,绿色区域表示通道带宽。鉴于ROADM内有滤波器,通道之间中点处的噪声会被切分(或过滤),造成低声水平被低估,假如使用的是IEC 61280-2-9方法,意味着这种方法不适用于有ROADM的相干海底网络。

                                                           图3:IEC 61280-2-9不适用于ROADM 100G+ Pol-Mux网

为解决图2和图3所述的问题,业内在2009年左右推出了带内OSNR测量方法,支持在ROADM网内测量10G信号和40G OOK信号的OSNR。然而,由于本文未述的技术原因,这种方法不适用于相干的Pol-Mux 100G+信号。因此,业内又推出了Pol-Mux OSNR技术,支持100G+信号,成为最新标准的主题。

Brian适用于Pol-Mux OSNR测量的标准是什么?
Jean-Sébastien有两种标准都为测量Pol-Mux信号的OSNR提供了指导方针。它们是中国通信标准化协会Association(CCSA)YD/T 2147-2010标准和IEC 61282-12标准,该标准于2016年2月被推出。这两种标准都提供了面向未来的OSNR定义,可应用于任何数据速率、任何类型的信号,包括超级通道和灵活栅格信号。特别需要指出的是,IEC-61282-12标准规定:

其中:

  • s(λ)为信号的时间平均功率谱密度,不包括ASE,其单位为W/nm
  • ρ(λ)为ASE的功率谱密度,不受偏振影响,其单位为W/nm
  • Br代表参考带宽,单位为nm(如未特别说明,通常为0.1 nm)
  • 选择从λ1到λ2的积分范围(单位为in nm)来包括总信号频谱

这两种标准的唯一不足之处是在使用其公式时需要关闭通道,以评估放大自发辐射 (ASE)本底噪声,而在线网络上无法做到这一点,以免影响最终用户!幸运的是,业内推出了在线Pol-Mux OSNR测量方法。

表1总结了每种信号类型的正确OSNR测量方法。

数据速率 是否有ROADM? OSNR方法 是否适用于在线网络?
≤10G信号 IEC 61280-2-9
≤10G信号 带内OSNR
非相干40G信号 是或否 带内OSNR
相干100G+信号 是或否 Pol-Mux OSNR(IEC和CCSA标准)
相干100G+信号 是或否 在线Pol-Mux OSNR


表1:适用于各种信号类型的OSNR测量方法

简单而言,如果使用错误的OSNR方法来测量某种信号,可能会对结果产生重大影响,因为它可能造成从几个dB到10 dB的误差,在未来导致网络中断。使用正确的方法可确保获得正确的OSNR测量结果,从而实现正确的网络建模、链路仿真和维护现有的海底光缆网络性能。

Brian您如何归纳OSNR及其正确测量方法的重要性?
Jean-Sébastien我刚才强调了OSNR测试的一些优点,包括避免网络中断、优化故障诊断时间并确保理想的海底光缆性能。我认为当数据速率超过100G时,OSNR会变得更加重要,因为需要的OSNR阈值会更加严格。这些年来,业内推出了几种OSNR测量方法,因此关键点是必须使用正确的OSNR测量方法来测量特定类型的信号,以获得精确的测量结果。

希望了解更多详情?敬请在PTC 2018(2018年1月21-24日)期间,莅临CienaEXFO展台。