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100-Gbps测试挑战的应对之策
作者: 发布时间:2009-07-07 03:33:31 来源:《光波通信》2009年6/7月

用强度调制测试仪表来测试相位调制信号是很困难的,但解决的办法也许很快就能找到。

Meghan Fuller Hanna,Lightwave资深编辑

在目前的经济低迷时期,现有光传送系统的销售速度有所减缓,然而对于下一代技术的兴趣却从未减退。对于如何降低40Gbps系统成本和首个100Gbps系统的研究工作丝毫没有受到影响。

尽管测试设备厂商历来都能提供超前于其用户应用的产品,然而这一回轮到器件、子系统和系统供应商发现是他们的需求超前了。测试设备生产商不得不努力跟上这一需求。

这种情况在网络用户侧表现得不是很明显,通常的DWDM应用尤其是SONET/SDH或“原始”以太网传输中,用户侧接口速率可能在10Gbps左右,所需的测试仪表现在就可以提供。

然而对于线路侧40G,尤其是100Gbps应用来说,挑战就大得多了。很多网络运营商都表示希望升级到更高的传输速率,但同时也希望利用现有的光纤和波段,最重要的是仍希望保持50G或100GHz的信道间隔。实质上,他们是希望仅仅更换终端设备而不影响现有的网络架构和基础设施。

不幸的是,使用ITU 50/ 100GHz波长间隔传送40或100Gbps信号不是一件容易的事情。尤其是100Gbps长距传输,为兼容已有的长距DWDM网络,需要借助多电平调制技术。

因此,业界目前倾向于采用将信号调制到相位而不是幅度的调制机制(同时调制幅度和相位的调制格式也在研究之中)。相位调制的优势之一是信号波特率小于数据速率。例如四相调制可以把100Gbps的调制速率或称波特率降低到25Gbps (4×25Gbps),40Gbps就可以降低到4×10Gbps。

DZg光波通信
安捷伦科技的 N4391A光调制分析仪提供了一种基于时域来测试相位调制信号的方法。

高速器件生产商遇到的最大挑战就是,虽然研发的是相位调制传输技术,但现有的测试设备仅支持幅度调制信号,尤其是NRZ开关键控信号的测试。

直到最近,设备商仍只是对已有的测试平台修修补补,通常是把待测信号转换成可测的信号格式。Mintera公司(www.mintera.com) 产品市场副总裁Niall Robinson介绍说,“实质上,我们是把移相键控信号通过一个自制的非常容易理解的相位-幅度转换装置进行了转换。相位调制发射机经过这个功能已知的转换器之后就可以用传统的仪表测试了。

“比方说要测试发射机的消光比”,他继续说道,“就需要测试信号通或断时的功率,这就只能把相位调制转换为幅度调制。”

测试的挑战DZg光波通信
为使测试设备商避免上述麻烦,某些新的测试仪表看来应该有市场。但仪表厂商却认为最大的挑战不仅是面向相位调制的测试平台的研发,采用何种调制机制也十分关键,尤其是100Gbps系统。

对于40G,业界已基本达成共识,从光二进制编码等幅度调制转向了各种差分移相键控技术(DPSK),在某些特定应用中还可能用到差分四相移相键控(DQPSK)。对于100G,光互联网论坛(OIF) 已确定为带相干检测的QPSK,但还有其它一些调制方式也在研发之中,包括将幅度调制和相位调制混合应用的APSK。

也有一些公司正在考虑采用不同的偏振状态对信息进行编码。例如OIF的100G QPSK就用到了偏振复用,引入了另一层面的复杂性。

“谈到双极性QPSK,”EXFO公司(www.exfo.com) 产品经理Patrick Drolet认为,“也不是说一点麻烦也没有。既有双极性QPSK,也有双极性DQPSK。还有人希望在紧邻的信道上使用QPSK。每个人都想要他们喜欢的100G系统。”他断言道。

由于缺乏明确定义的哪怕是事实上的标准,测试设备商面临3个选择。他们可以为某个大客户专门设计,也可以设计出一大堆尽可能多地满足需求的产品,或是某种“超级盒子”来满足大量应用和参数测试的要求。显而易见的是,上述选择都不是那么令人振奋,对R&D的回报似乎都存在不足。

每种调制格式对于测试来说都有自己独特的挑战,但高速网络的挑战还有其它3个内在因素必须加以考虑。首先就是复杂性的增加。例如4×25Gbps方案中,每个发送机和接收机都必须单独进行测试。

其次,现有的电子测试仪表的性能指标通常逊于光测试仪表。典型的误码测试仪(BERT)最高速率为12.5Gbps,有一些可达25Gbps。如果用于4×25Gbps QPSK系统的测试,用目前最高端的BERT也许能行。但是如果用了前向纠错(FEC),数据速率将提高到28Gbps,这就超出了现有仪表的能力。像2×56Gbps这样的应用情况会更糟。

第三,目前对于光传输损伤和其它一些参数的测试必须分别完成,比如要测试某段光链路的传输质量,设备商必须重复多次测试步骤来测试不同的参数:损耗、极化相关色散、色度色散、偏振模色散或抖动等。单单测试抖动就是一个很费时的操作,对所有这些参数进行测试更加耗时,超出了用户的研发人员可以承受的范围。

缺失的成员DZg光波通信
因此,无论业界最终采用哪种或哪些调制机制,测试仪表商都必须研制出新的产品来满足高速组网技术遇到的所有这些挑战。

从某种角度来说,技术层面迟迟没有定论迫使测试仪表商先达成了某些共识。JDSU(www.jdsu.com) 光网络研究实验室主任Brandon Collings总结说:“相位调制并不一定只有1和0两个状态,也许4个、8个或更高都有可能。因此,测试相位时就要尽可能采用模拟的方式,检测出信号可能代表的4、8或16个状态,”他解释道,“传统上采用星座图分析法,这是测量和表示信号相位的基本方法。”

星座图分析法诞生于上世纪70年代,用于研究更加复杂的幅相调制(QAM) 信号,已经广泛地应用于RF领域中。JDSU和安捷伦科技 (www.agilent.com) 等测试厂商相信,该方法的基本理念可以稍加修改用于光通信领域的相位调制信号分析中。

星座图分析法不再是每次只测量眼图或误码率,而是同时进行这两项测试,加快了测试步骤,并使得器件商能够直接在光域测试。

安捷伦数字光子测试部门市场经理Andreas Gerster认为光星座分析仪是“如今测试测量家族中缺失的成员之一。”安捷伦宣称是市场上首个能填补这一空白的厂家,在3月的OFC/NFOEC会议上他们推出了N4391A光信号调制分析仪。

N4391A不仅仅具有星座图分析功能。通过20个面向用户定制的数据分析工具,该产品能够对幅度和相位调制信号进行分析,还包括新的误码矢量量化功能,把误码与一个“理想”的信号进行对比——这种基于时域分析的方法源自安捷伦RF微波分析技术,为光传输设计工程师提供了新的支持。该功能含有一个代表不同偏振状态的模板(mask),为了帮助工程师解释新的模板所表示的测量结果,N4391A还提供了星座图参数的标量描述。

像所有的新产品一样,星座图分析仪的成本和功能一样重要。“我唯一担心的就是像几年前一样,一个40G的测试仪表的价钱足以在德州买到一幢体面的房子,”Mintera的Robinson说,“我还不知道这些新仪器在市场上如何定价。”

安捷伦的N4391A今年9月就将上市,起价为195,000美元。但这个价格不包含辅助的示波器和必须的内置本地振荡器。

N4391A及同类仪表的价格将随着技术的发展和产品的增加而逐渐降低。例如,Anritsu已经为调制器和其它光器件应用引入了MP1800信号质量分析仪产品系列,Ixia(www.ixiacom.com)的100GbE研发加速系统也能产生并分析2层数据流。如果不考虑成本,测试仪表似乎已不再是高速器件、子系统和系统研发的绊脚石。

  
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