測試相干光收發(fā)機:需要知道什么?

圖2.相干光波信號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.

測試戰(zhàn)略的實際應(yīng)用

在從研發(fā)轉(zhuǎn)入質(zhì)檢和生產(chǎn)的過程中，在考慮備選方案時，了解相干儀器和相干接收機之間的區(qū)別非常重要。相干儀器設(shè)計成擁有最寬的帶寬和經(jīng)過校準的性能。相比之下，相干接收機設(shè)計成只在一定光信噪比下提供某個誤碼率必需的帶寬。這意味著后者的眼圖質(zhì)量將低于真正校準后的儀器上繪制的眼圖質(zhì)量，而且沒有任何方式來準確地確定測試余量或查看故障的根本原因。接收機的角色是調(diào)整和縮窄帶寬，最大限度地消除噪聲，除了簡單的通過/失敗測試外，不太適合代替測試儀器。

在生產(chǎn)環(huán)境中，可以設(shè)置相干信號分析儀，自動執(zhí)行一系列測試，節(jié)約時間。通過使用圖形用戶界面，擁有不同技能的各類用戶可以學(xué)習(xí)和使用系統(tǒng)。它還可以在實時互動環(huán)境中測試不同的均衡和相位恢復(fù)算法，以優(yōu)化性能。此外，能夠了解信號鏈條不同點上帶寬限制的影響有助于揭示這些限制會在哪里產(chǎn)生過多的錯誤。

數(shù)字化器性能的影響

相干光信號分析儀最重要的要求之一是在屏幕上準確表示經(jīng)過光纖的實際信號。通過檢查數(shù)字化器的靈敏度、線性度和帶寬，可以評估這一能力。對給定的相干光前端，數(shù)字化系統(tǒng)是確定測量系統(tǒng)工作精度的一個關(guān)鍵變量。

在圖3中，使用的是相同的28 Gbaud單一極化電信號，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帶寬示波器時由于帶寬有限所帶來的影響。盡管在這種情況下眼圖完全睜開，因此測量沒有差錯，但它并沒有完全準確地表示輸入的信號。在性能提高時，眼圖質(zhì)量也會提高。在33 GHz帶寬、100 GS/s采樣率時進行的采集基本上消除了帶寬和頻響限制，表明擁有準確靈敏的數(shù)字化器的重要意義。

圖3 多個眼圖比較，表明帶寬和采樣率對信號精度的影響。

高帶寬數(shù)字化器與相干分析儀配套使用時，其優(yōu)勢是能夠揭示光傳輸系統(tǒng)中的限制來源。圖4顯示了另一個帶寬視圖，在本例中是信號頻譜。在20 GHz時，調(diào)制器和調(diào)制器驅(qū)動器的局限性并不明顯，因為示波器帶寬本身已經(jīng)成為限制因素之一。然而，在33 GHz時，可以清楚地看到信號跌落的點，因為數(shù)字化器和光接收機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

測量Tx 星座圖的不理想特點

相干光信號分析儀提供了多種測量功能，可以找到問題的根本原因，了解損傷的各種來源。其中比較實用的測量之一是考察發(fā)射機星座圖的不理想特點，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)字信號的模擬指標。如圖5所示，查看檢測到的符號及測量其距理想符號位置的距離，可以得到誤差矢量幅度。它可以列為平均值或時間函數(shù)。EVM的一個優(yōu)勢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測量Tx 星座圖的不理想特點。

另一方面，使用圖6所示的Q因數(shù)可以提供現(xiàn)實得多、細致得多的符號視圖。通過Q因數(shù)，系統(tǒng)將移動判定門限，在判定門限移動時，系統(tǒng)會計算誤碼數(shù)量。Q圖也就是有效顛倒的浴缸曲線，用來表明相干調(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。這可望迅速確定優(yōu)化Q時在帶寬中是否有任何損傷。

圖6. 使用Q因數(shù)測量Tx 星座圖的不理想特點

有助于找到根本原因的另一個測量指標是星座圖相角，可以使用校準后的儀器精確讀出相角。圖7顯示被調(diào)制信號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。這類信號在背對背場景中是沒有差錯的。然而，在加載噪聲時，與比較精確地調(diào)諧系統(tǒng)相比，差錯率可能會更迅速地提高。

圖7. 以76度相角測量Tx 星座圖的不理想特點表明調(diào)諧不準確，在噪聲提高時可能會導(dǎo)致誤差

總結(jié)

相干光波信號分析儀允許工程師了解和優(yōu)化采用高級調(diào)制技術(shù)(如DP-QPSK)的光網(wǎng)絡(luò)。它能夠分析信號，測量星座圖參數(shù)、正交和調(diào)制器偏差值、符號掩碼、EVM、信號和相位頻譜、BER和Q對判定門限。這種準確的、可重復(fù)的分析范圍節(jié)約了時間，使得擁有一定知識和背景的現(xiàn)場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)，相干信號分析儀實現(xiàn)的測試自動化也變得日益重要。信號分析儀還支持測試均衡和相位恢復(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、數(shù)字化器上、還是在接收機上。