測試相干光收發(fā)機:需要知道什么?

測試相干光收發(fā)機：在DP-QPSK從研發(fā)轉向生產(chǎn)和部署時(shí)您需要知道什么

對主要電信運營(yíng)商和服務(wù)提供商來(lái)說(shuō)，在遠距離及超遠距離密集波分復用(DWDM)中轉向 100G 相干光技術(shù)的時(shí)機已經(jīng)成熟。高帶寬應用如影視點(diǎn)播和基于云的服務(wù)迅速增長(cháng)，把承載容量放到絕對最高的優(yōu)先地位。就目前來(lái)講，解決方案是從現有光纖中擠出更多的頻譜效率。為實(shí)現這一目標，運營(yíng)商們正從傳統的開(kāi)關(guān)鍵控(OOK)轉向相干雙極正交相移鍵控(DP-QPSK)、正交幅度調制(QAM)及許多正交頻分復用(OFDM)變通方案。

隨著(zhù)相干光波技術(shù)從研發(fā)轉向制造和生產(chǎn)部署，許多開(kāi)發(fā)實(shí)驗室仍在采用內部開(kāi)發(fā)的相干接收機和分析軟件，其通常耦合為自適應均衡器，在所有條件下都使眼圖睜開(kāi)達到最大。盡管這種方法對接收機開(kāi)發(fā)非常重要，但它經(jīng)常會(huì )漏掉傳輸系統中關(guān)鍵的信號失真來(lái)源，這些系統響應慢，可能會(huì )不能迅速識別故障的根本原因。

因此，擁有經(jīng)過(guò)檢定、經(jīng)過(guò)校準、可重復的分析方法和設備非常關(guān)鍵。盡管業(yè)界還沒(méi)有為當前主導的OIF制訂的DP-QPSK格式確定測試標準，以確?；ゲ僮髂芰?，如串行數據通信系統中常用的眼圖模板，但在特定Q因數處進(jìn)行測試至少可以交叉檢查元器件性能。各種標準和技術(shù)在未來(lái)幾年中將不斷發(fā)展，制訂能夠調整、適應不同相干調制方案的測試戰略至關(guān)重要。

在設計和部署相干遠距離光纖傳輸系統時(shí)，非常重要的一點(diǎn)是保證相干光收發(fā)機實(shí)現可預測的誤碼率性能和可重復的Q因數。在本文中，我們考察了多種測試工具，特別是相干光波信號分析儀技術(shù)，這些技術(shù)可望發(fā)現和減輕研發(fā)、制造或部署過(guò)程中物理設計的損傷。

測試挑戰和方法 – 了解出了什么問(wèn)題

在任何傳輸系統中，當收發(fā)機在生產(chǎn)中或在現場(chǎng)失效時(shí)確定“出了什么問(wèn)題”的能力是成功的關(guān)鍵。遺憾的是，傳統直接檢測方法不足以測量相位調制信號。例如，以傳統方式使用的光電二極管作為接收機設置檢測OOK或幅度調制，當存在一個(gè)相位調制信號，光載波進(jìn)行相位調制、而不是幅度調制時(shí)，會(huì )應答全為1。因此，我們不推薦以當前配置使用傳統眼圖分析儀，因為它們不能用來(lái)繪制傳統數量指標圖。

這要求使用相干光波信號分析儀，通過(guò)把輸入的場(chǎng)或被測信號與固定波長(cháng)運行的局部激光器混頻，來(lái)導出相位信息。相干分析儀允許用戶(hù)在復合平面中查看光信號，即信號的實(shí)數部分和虛數部分。這種幅度和相位組合或矢量描述了相對于局部激光器產(chǎn)生的參考信號的量級(幅度)和角度(相位)。

在從研發(fā)轉入生產(chǎn)時(shí)，測試系統需要能夠補償損傷。直接檢測方法在硬件中以有限的方式實(shí)現這一點(diǎn)，相干方法則可以在硬件中實(shí)現這一點(diǎn)，它仿真相位和時(shí)鐘恢復、極化解析和均衡使用的固件。這還可望建立傳輸信道模型，解決損傷，洞察導致誤碼率的因素。這時(shí)候，還需要開(kāi)發(fā)測試余量和戰略，以便能夠迅速識別和解決問(wèn)題。

相干測試儀器也可以用在生產(chǎn)環(huán)境中，“轉動(dòng)旋鈕”，追蹤錯誤來(lái)源，包括調節發(fā)射機調制器偏移、環(huán)路追蹤、源功率和行寬、啟動(dòng)激光器及確定調制器驅動(dòng)器功率和信號質(zhì)量。其它潛在的錯誤和故障來(lái)源包括接收機功能門(mén)限和余量以及光路徑上的接收機混合校準矩陣。一旦進(jìn)入現場(chǎng)，測試將涉及偏移環(huán)路和反饋、源功率測量、調諧和了解熱效應。

相干信號分析儀

在相干檢測技術(shù)中，復合(正交)調制和極化分集的優(yōu)勢是能夠考察光載波的整個(gè)電場(chǎng)。除頻譜效率高以外，訪(fǎng)問(wèn)相干接收機上的這些場(chǎng)量進(jìn)一步實(shí)現了數學(xué)濾波，可以全面補償色階和極化模式色散等損傷。然后可以使用Q因數或誤差矢量幅度(EVM)等指標測量信號質(zhì)量，檢定和調試發(fā)射機、收發(fā)機、發(fā)射機應答器、激光器、調制器和半導體器件。

相干或星座圖分析儀包括一個(gè)極化分集光前端及一臺緊密集成的超寬帶、低噪聲實(shí)時(shí)示波器，數字化四個(gè)均衡光接收機輸出，處理結果，恢復相位和時(shí)鐘。然后，它把光纖中相干調制信號的x極性和y極性表示為穩定的星座圖。

相干分析儀可以從光纖輸入到電輸出進(jìn)行全面校準，保證硬件為黃金標準。換句話(huà)說(shuō)，通過(guò)使用擁有最寬帶寬、最高采樣率和最高靈敏度的示波器，相干光分析儀可以全面校準及真實(shí)表示光纖中的光場(chǎng)，包括校準模擬前端路徑增益、相角以及頻響和偏移或路徑延遲。

圖1是光分析儀的結構。作為數字化器的光前端，相干參考接收機把兩條單模光纖作為輸入，一條光纖承載信號，另一條作為相位參考或本振(LO)。在接收機中，相位參考均勻地劃分到X極性和Y極性中，并與兩個(gè)分支中的信號混合，即I和Q。四條通道由均衡光電檢測器傳感，作為電輸出提供，然后饋送到擁有足夠帶寬的實(shí)時(shí)示波器中，捕獲差頻波形。

圖1. 相干光信號分析儀結構

Optical signal: 光信號

LO: 本振

Phase/polarization diversity hybrid (all passive): 相位/極化分集混合(全部無(wú)源)

Photo-detectors: 光電檢測器

A/D converters: 模數轉換器

Processor: 處理器

Display: 顯示器

這一系統的核心是數字化器。鑒于光纖提供的數據速率很高，因此非常重要的一點(diǎn)是擁有最高精度和靈敏度及最寬帶寬的數字化器。示波器制造商不斷發(fā)展數字化器技術(shù)，以滿(mǎn)足市場(chǎng)需求?，F在的最新型號在四條通道中提供了超過(guò)20 GHz的帶寬及50 GS/s的采樣率。為提高性能，可以把多臺示波器組合起來(lái)，在四條通道中提供超過(guò)30 GHz的帶寬和100 GS/s的采樣率。通道數量非常重要，因為對光纖中的信號進(jìn)行全場(chǎng)檢定要求四條通道：X極性和Y極性都要求同相通道和正交通道。

然后使用示波器(或外部計算機)上運行的軟件處理突發(fā)模式信道數據，提取與調制方式有關(guān)的支流，報告測量結果，以各種格式顯示提取的信號。如圖2所示，這可以包括每個(gè)極化的星座圖和每個(gè)支流的眼圖及相關(guān)Q圖。這類(lèi)軟件還提供了許多其它數據展示方式，用戶(hù)也可以使用MATLAB創(chuàng )建自己的展示數據。

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