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(guān)察到的是使用23 GHz帶寬、以50 GS/s采樣率數字化后的32 Gbaud光信號.

測試戰略的實(shí)際應用

在從研發(fā)轉入質(zhì)檢和生產(chǎn)的過(guò)程中，在考慮備選方案時(shí)，了解相干儀器和相干接收機之間的區別非常重要。相干儀器設計成擁有最寬的帶寬和經(jīng)過(guò)校準的性能。相比之下，相干接收機設計成只在一定光信噪比下提供某個(gè)誤碼率必需的帶寬。這意味著(zhù)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(méi)有任何方式來(lái)準確地確定測試余量或查看故障的根本原因。接收機的角色是調整和縮窄帶寬，最大限度地消除噪聲，除了簡(jiǎn)單的通過(guò)/失敗測試外，不太適合代替測試儀器。

在生產(chǎn)環(huán)境中，可以設置相干信號分析儀，自動(dòng)執行一系列測試，節約時(shí)間。通過(guò)使用圖形用戶(hù)界面，擁有不同技能的各類(lèi)用戶(hù)可以學(xué)習和使用系統。它還可以在實(shí)時(shí)互動(dòng)環(huán)境中測試不同的均衡和相位恢復算法，以?xún)?yōu)化性能。此外，能夠了解信號鏈條不同點(diǎn)上帶寬限制的影響有助于揭示這些限制會(huì )在哪里產(chǎn)生過(guò)多的錯誤。

數字化器性能的影響

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(guò)光纖的實(shí)際信號。通過(guò)檢查數字化器的靈敏度、線(xiàn)性度和帶寬，可以評估這一能力。對給定的相干光前端，數字化系統是確定測量系統工作精度的一個(gè)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，但數據是使用不同的數字化器捕獲的。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(shí)由于帶寬有限所帶來(lái)的影響。盡管在這種情況下眼圖完全睜開(kāi)，因此測量沒(méi)有差錯，但它并沒(méi)有完全準確地表示輸入的信號。在性能提高時(shí)，眼圖質(zhì)量也會(huì )提高。在33 GHz帶寬、100 GS/s采樣率時(shí)進(jìn)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字化器的重要意義。

圖3 多個(gè)眼圖比較，表明帶寬和采樣率對信號精度的影響。

高帶寬數字化器與相干分析儀配套使用時(shí)，其優(yōu)勢是能夠揭示光傳輸系統中的限制來(lái)源。圖4顯示了另一個(gè)帶寬視圖，在本例中是信號頻譜。在20 GHz時(shí)，調制器和調制器驅動(dòng)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(shí)，可以清楚地看到信號跌落的點(diǎn)，因為數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制器和驅動(dòng)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(diǎn)

相干光信號分析儀提供了多種測量功能，可以找到問(wèn)題的根本原因，了解損傷的各種來(lái)源。其中比較實(shí)用的測量之一是考察發(fā)射機星座圖的不理想特點(diǎn)，包括EVM、Q因數和相角。

從根本上看，EVM是衡量哪些成分將成為數字信號的模擬指標。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(shí)間函數。EVM的一個(gè)優(yōu)勢是您不需要知道碼型，而Q因數則需要知道碼型。

圖5. 使用EVM測量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)。

另一方面，使用圖6所示的Q因數可以提供現實(shí)得多、細致得多的符號視圖。通過(guò)Q因數，系統將移動(dòng)判定門(mén)限，在判定門(mén)限移動(dòng)時(shí)，系統會(huì )計算誤碼數量。Q圖也就是有效顛倒的浴缸曲線(xiàn)，用來(lái)表明相干調制眼圖的同相成分和正交成分。Q圖不僅提供了預計的誤碼率，還作為Q因數提供了衡量眼圖質(zhì)量的單一指標。這可望迅速確定優(yōu)化Q時(shí)在帶寬中是否有任何損傷。

圖6. 使用Q因數測量Tx 星座圖的不理想特點(diǎn)

有助于找到根本原因的另一個(gè)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(lèi)信號在背對背場(chǎng)景中是沒(méi)有差錯的。然而，在加載噪聲時(shí)，與比較精確地調諧系統相比，差錯率可能會(huì )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(diǎn)表明調諧不準確，在噪聲提高時(shí)可能會(huì )導致誤差

總結

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、正交和調制器偏差值、符號掩碼、EVM、信號和相位頻譜、BER和Q對判定門(mén)限。這種準確的、可重復的分析范圍節約了時(shí)間，使得擁有一定知識和背景的現場(chǎng)技師或制造工程師能夠使用系統。

隨著(zhù)100G技術(shù)從研發(fā)轉入質(zhì)檢和生產(chǎn)，相干信號分析儀實(shí)現的測試自動(dòng)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、數字化器上、還是在接收機上。