高速OC-48 SDH/SONET光收發(fā)模塊的抖動(dòng)測量

高速OC-48 SDH/SONET光收發(fā)模塊的抖動(dòng)測量


圖1 用示波器和相位檢測器來(lái)測量抖動(dòng)的實(shí)驗裝置

圖2 用多速率SONET/SDH測試儀來(lái)測量抖動(dòng)產(chǎn)生的裝置

圖3 抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞的測量裝置


SDH/SONET(同步數字序列/同步光纖網(wǎng)絡(luò ))需要高穩定、高精度的同步來(lái)處理經(jīng)過(guò)網(wǎng)元的數據。網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生的任何相位變化或者說(shuō)抖動(dòng)都會(huì )惡化傳輸質(zhì)量，提高誤碼率，或者造成數據丟失。
所以，理解抖動(dòng)和它對網(wǎng)絡(luò )性能的影響就變得至關(guān)重要。下面將詳細討論對用于SDH/SONET網(wǎng)絡(luò )中的OC-48(2.5Gbps)光收發(fā)模塊的抖動(dòng)測量方法以及測試性能。

如何測量抖動(dòng)
通常抖動(dòng)是用單位間隔(UI)來(lái)度量的，一個(gè)UI代表一個(gè)時(shí)鐘周期的相位變化。抖動(dòng)的百分比按下式計算：
抖動(dòng) = (Tj/T0) x 100%
式中是Tj抖動(dòng)的幅度，T0是時(shí)鐘周期。一個(gè)單位間隔表示100％的抖動(dòng)。在這里需要注意到單位間隔是與比特率無(wú)關(guān)的。因此，在不同的速率等級下，對網(wǎng)元的抖動(dòng)幅度進(jìn)行比較是可行的。
在沒(méi)有施加抖動(dòng)的情況下，一個(gè)SONET/SDH網(wǎng)元的OC-N/STS-N輸出端口的抖動(dòng)就是模塊產(chǎn)生的抖動(dòng)。抖動(dòng)參數有兩種定義：
●  峰峰抖動(dòng)：測得的最大抖動(dòng)幅度，
●  均方根抖動(dòng)：抖動(dòng)信號的均方根值，表征了抖動(dòng)的強度。
對抖動(dòng)的規范適用于網(wǎng)元的整個(gè)系統。在OC-48的速率下，Telcordia GR－253標準有關(guān)抖動(dòng)產(chǎn)生的規范規定，在使用通帶為12KHz〜20MHz的濾波器時(shí)，網(wǎng)絡(luò )設備的抖動(dòng)峰峰值小于100 mUIp-p，抖動(dòng)的均方根值小于10 mUIrms。
測量抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞特性也是需要的。
●  抖動(dòng)容限：靈敏度降低1dB時(shí)，網(wǎng)元OC-N/STS-N輸入端口施加的正弦抖動(dòng)信號的峰峰幅值。抖動(dòng)容限這個(gè)性能指標表征了時(shí)鐘和數據恢復電路(CDR)在有外加抖動(dòng)的情況下正確恢復輸入比特序列的能力。
●  抖動(dòng)傳遞：在OC-N/STS-N輸出端抖動(dòng)與OC-N/STS-N輸入端抖動(dòng)的比值隨頻率的變化關(guān)系。抖動(dòng)傳遞函數按下式計算：
抖動(dòng)傳遞函數= 20log (輸出抖動(dòng)/輸入抖動(dòng))
式中輸出和輸入抖動(dòng)用單位間隔(UI)來(lái)表示，抖動(dòng)傳遞用分貝(dB)表示。抖動(dòng)傳遞可以與增益函數類(lèi)比，-dB和+dB分別表示該網(wǎng)元會(huì )衰減和放大抖動(dòng)。網(wǎng)元能否通過(guò)抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞性能測試直接取決于CDR電路中鎖相環(huán)(PLL)的帶寬。

現有的測試方法
三種最常用的抖動(dòng)測試裝置采用示波器、相位檢測器或者專(zhuān)用SONET/SDH抖動(dòng)分析儀。每種測試技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和不足。測試抖動(dòng)的兩種最主要的儀器是：能產(chǎn)生定量抖動(dòng)的信號源和能精確測量抖動(dòng)的檢測器。為確保對測試結果的正確分析，需要理解以上每種儀器的限制因素。
使用示波器進(jìn)行抖動(dòng)測試的一個(gè)典型配置如圖1所示。這種技術(shù)依賴(lài)于無(wú)抖動(dòng)的觸發(fā)信號源。觸發(fā)信號中的任何抖動(dòng)都會(huì )影響結果的可靠性。這種方法還有其局限，它所能測量的抖動(dòng)被限制在一個(gè)單位間隔(UI)。如果被測量的抖動(dòng)超過(guò)一個(gè)單位間隔就會(huì )導致眼圖完全閉合。此外，如果測量帶寬較大，意味著(zhù)噪聲電平通常很高，而且不能提取任何頻譜信息，示波器的使用也受限制。
圖1也顯示了基于相位檢測器的測量方案。它比較從網(wǎng)元恢復出的時(shí)鐘信號和無(wú)抖動(dòng)的時(shí)鐘源，其輸出與恢復時(shí)鐘信號的抖動(dòng)成正比。通過(guò)恰當的帶通濾波器，可以測量抖動(dòng)的大小。它消除了示波器技術(shù)的限制。然而，它也有其局限，只能工作在特定數據率下并需要外部濾波器。
測量SONET/SDH抖動(dòng)的理想技術(shù)是采用抖動(dòng)特性分析儀。通過(guò)光接口，一種便攜式多速率的SONET/SDH測試儀可以測量高至2.5Gb/s網(wǎng)元的抖動(dòng)性能。發(fā)射機采用寬帶鎖相環(huán)產(chǎn)生一個(gè)定量抖動(dòng)，基于很窄帶寬鎖相環(huán)的接收機可以精確測量輸入信號的抖動(dòng)大小。

OC-48模塊的抖動(dòng)測試
可以使用安裝在不同參考設計板上的兩個(gè)不同的OC-48光收發(fā)模塊來(lái)展示OC-48模塊的抖動(dòng)測量。第一個(gè)光收發(fā)模塊是工作于1300nm波長(cháng)的雙工SC 2 x9光模塊。第二個(gè)光收發(fā)模塊是工作于1300nm波長(cháng)的LC 2x10微型光纜連接器模塊。這兩個(gè)參考設計板包括已商用化的復用器、解復用器和時(shí)鐘數據恢復電路，因此，代表了實(shí)際系統級測試中可以達到的水平。
為了精確測量抖動(dòng)，需要對抖動(dòng)分析儀進(jìn)行正確的配置。發(fā)射機和接受機都被設置成工作在2.5Gb/s的速率下，采用STS-48C(級聯(lián)幀)模式和223-1偽隨機碼序列作為負荷。這種負荷有最多的低頻分量從而可以產(chǎn)生大量的碼型相關(guān)抖動(dòng)。多速率SONET/SDH測試儀使用了內置的光功率計；接收機的功率過(guò)載為-8dBm，超出該值會(huì )造成對接收機的損害。誤碼分析儀的輸出窗口的量程為-40〜0dBm?？梢詣澐譃槿齻€(gè)范圍：
●  超出范圍： 當光功率在這個(gè)范圍時(shí)，不能進(jìn)行測量。
●  誤碼率：當光功率在這個(gè)范圍內，只能精確測量誤碼率，
●  誤碼率和抖動(dòng)： 當光功率在這個(gè)范圍內時(shí)，可以精確測量抖動(dòng)。
因為光靈敏度會(huì )影響測量結果，當進(jìn)行抖動(dòng)測量的時(shí)候，接收到的光功率必須保持在“誤碼率和抖動(dòng)”這個(gè)范圍。
抖動(dòng)產(chǎn)生
如圖2所示，抖動(dòng)產(chǎn)生可以用1300nm 2x9 OC-48的收發(fā)模塊來(lái)測量。其中集成了能提供STS－48接口的SONET/SDH 復用器/解復用器。在這種測試裝置中，不同的電時(shí)鐘和數據都被注入解復用器。8比特的并行數據被復用成串行信號，然后差分輸出并交流耦合到光發(fā)射機。光輸出通過(guò)一個(gè)光衰減器連接到分析儀的接收機，接收到的光功率設置成-14dBm。
為了讓分析儀接收到有效OC-48幀格式的信號并確保是在真實(shí)業(yè)務(wù)量下進(jìn)行測量，有必要加載STS-48C碼型到碼型發(fā)生器。
為了符合Telcordia GR－253，用帶通濾波器來(lái)測量抖動(dòng)產(chǎn)生。在圖2中使用了一個(gè)通帶為12kHz〜20MHz的帶通濾波器。所有的抖動(dòng)產(chǎn)生測試需要持續至少1分鐘。對參考設計來(lái)說(shuō)，抖動(dòng)產(chǎn)生性能為：峰峰抖動(dòng)：71mUI p-p，均方根抖動(dòng)：7 mUI rms。
很重要的是，抖動(dòng)有很多潛在的產(chǎn)生根源，既有線(xiàn)路板的影響，亦有復用器，解復用器，收發(fā)模塊和線(xiàn)路板布局等。
抖動(dòng)容限測量。用1300nm 2x10 OC-48 SFF收發(fā)模塊和參考設計板可以測量抖動(dòng)容限。評估參考設計板集成了帶有STS-48接口的SONET/SDH復用器/解復用器芯片和一個(gè)能支持STS-3/-12/-48或者千兆以太網(wǎng)的多速率時(shí)鐘數據恢復芯片。
圖3給出了一種抖動(dòng)容限的測量裝置。多速率SONET/SDH測試儀的發(fā)射機產(chǎn)生一個(gè)OC-48光信號，通過(guò)衰減器與OC-48 SFF接收機連接。接收到的信號通過(guò)時(shí)鐘數據芯片進(jìn)行恢復，然后用復用器/解復用器芯片進(jìn)行復用和解復用。STS-48電輸出信號驅動(dòng)收發(fā)模塊的發(fā)射機。OC-48收發(fā)模塊的接收機的輸出功率被設置為比接收靈敏度大1dBm。
抖動(dòng)傳遞測量。在抖動(dòng)傳遞測量之前，有必要先對儀器進(jìn)行內部校準。多速率SONET/SDH測試儀經(jīng)過(guò)光衰減器在光上環(huán)回，輸入光功率被設置為-14dBm。在校準過(guò)程中，接收機測量到的抖動(dòng)與發(fā)射機產(chǎn)生的抖動(dòng)進(jìn)行相關(guān)?！?