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光星座仪解决复杂测试问题
作者: 发布时间:2010-05-28 07:22:39 来源:《《光波通信》2010年4/5月

作者:Meghan Fuller Hanna,《Lightwave》资深编辑

光星座仪可以用于测量幅度调制加相位调制的信号,并能在光纤的水平和垂直两个极化方向上绘制信号图形。

开关键控(OOK)这样的典型二进制调制信号基于幅度调制,在每个码元中只传送1比特信息,带有高速光电管的取样示波器就能对这些信号直接进行测试。这种数字通信分析仪(DCA)的测试结果非常直观:出现大功率信号是1,没有信号就是0。

因为逐步增长的带宽需求,传统的二进制调制方式已无法满足。运营商要求向更高传输速率演进,但仍然由现有的50GHz DWDM系统和网络设施来承载。这一需求推动了多级调制技术的应用:信息不再只由有信号和没信号——1或者0——两个状态来表示,而是采用更先进的调制方式,信息被调制到多个幅度和相位组成的多级信号之上。

“必须付出的代价是发送机和接收机越来越复杂,越来越昂贵,更加难以测试,”安捷伦数字光子测试部门市场经理Andreas Gerster承认。“好处是能够实现更高的频谱效率。例如,如果你能在一个码元内传送4比特,就可以在50GHz信道上传送100G信号。

不幸的是,传统的直接检测方式不足以测试相位调制信号。传统检测所用的光电管是用于检测OOK和幅度调制信号的,当光载波不是幅度调制而是相位调制时,光电管的输出都是1,看起来像是一个不变的幅度信号。

“传统的眼图分析仪在现有配置中没有用处,”Optametra工程副总裁Daniel van der Weide说,“并不是眼图这个概念本身没用了,它仍然有用,只是不能再用传统的方法描绘它。”

取而代之的是一种称之为光星座仪的测试设备,它通过把输入信号或待测信号与本地激光器输出的固定波长信号混合来提取相位信息。光星座仪允许用户在复平面上,即信号的实部和虚部两个方面来考察光信号。这种幅度和相位的组合表达方式也被称为矢量,通过两个数字的组合来描述信号与本地激光器产生的参考信号之间的数量(幅度)和角度(相位)的关系。

“通过对待测信号与本地激光器的混合信号进行检测,就能获知光信号的全部信息,例如幅度和相位,”EXFO瑞典公司负责人Peter Andrekson解释道。“该信号被恢复后可以通过各种方式来显示。至少在研究领域,最常用的方法是把复坐标X和Y在星座图上表示,就像一些点围绕成一个圆形。每个点都代表了复平面上的一些信息。这样我们就可以不仅只在表示信号强度的实轴上分析数据,而是从实部和虚部两个维度,所以能得到完整的信息。”

BLg光波通信
Optametra公司的光星座仪及相干光波信号分析仪,通过两个极化方向的4个眼图将幅度和相位信号展现在用户眼前

完整的信息包含了在电域中测试所需要的部分。与传统的仅测试强度或功率的DCA不同,星座仪在电域测试输入信号。据van der Weide所说,电域是光纤测试中更加基础的测试方法,从电域可以得到光的强度,但仅知晓光信号强度并不能得到电域信息。

“一旦你知道了基础的信息,”van der Weide认为,”就能计算出光强度。能够计算并绘出与使用老式的、更加原始的仪表一样的眼图,你可以计算出所有的可以推导出的参数值。

“电域的言下之意不仅仅是把光强度调制换成电域信号调制和检测那么简单,而是说发送的是矢量信号,不再是信号开和关,”van der Weide补充道。矢量不再只是一个比特,而是一个两比特的符号。因此,符号速率是比特率的一半。

“矢量信号一旦确定,我们就能确定‘该矢量表示的是10,还是01?’”,van der Weide继续道,“此时就能开始测试比特误码率。一旦有了判断结果,就可以和发送信号进行比较。

最后,光星座仪不仅可以绘制光纤中一个极化方向的幅相调制信号,还能绘出正交极化方向的信号。某些先进的调制方式中还会结合极化方向的调制,例如OIF支持的双极化QPSK(DP-QPSK)。它利用光纤中水平和垂直两个极化方向使符号速率加倍,每符号可以传送4比特信息。

星座仪能够显示这两个不同的极化方向,其中之一是水平极化的光信号,另一个是垂直极化信号。每个信号都有自己的眼图,总共就有4个眼图。在OIF建议的DP-QPSK中,在50GHz DWDM信道中传送4个28Gbps的信号,总速率达到112Gbps,4个28Gbps的信号眼图可以同时显示在屏幕上。

灵活性的要求BLg光波通信
虽然OIF的DP-QPSK建议领先了一步,但它并不是高速信号传送的唯一可选方案,甚至短期内无法满足业界的要求。

目前处于讨论中的复杂调制机制包括了QAM-16或64,以及光正交频分复用(OFDM)。对于测试仪表厂商来说,必须要实现高度的灵活性以适应可能出现的各种调制机制。

“从测试仪表供应商的角度,我们必须考虑这些问题,”EXFO光业务部高级产品经理François Robitaille承认,“确保我们正在设计的仪表硬件能够适应将来的需要,兼容各种更加复杂的调制技术。我们要做好准备,当新的调制机制开始出现时,我们就研发相应的算法来进行测试。”

由于业界对于调制方式并没有形成共识,这方面的标准化活动并未开展。“ITU、IEC和IEEE都没有一个标准文档说‘好吧,你觉得这个100G信号非常好,星座仪就按照这个来做吧。’”Robitaille沉思道,“例如,这些标准组织中甚至没有任何工作组来定义可以接受的SNR(信噪比)是多少,甚至SNR的定义是什么。我们当然知道在观察眼图或仅是为了简化幅度信号图形时的传统SNR定义,但问题是这些定义对于光星座仪来说仍然适用吗?”

尽管何种调制机制能够成功,标准规范到底包含哪些内容以及何时推出等问题尚不确定,安捷伦、EXFO和新兴公司Optametra今年都相继推出了光星座仪产品。安捷伦和Optametra在2009年OFC/NFOEC上各自发布了用于40/100G测试的N4391A光调制分析仪和相干光信号分析仪,EXFO则在ECOC上展出了PSO-200光调制分析仪。

测试厂家反应说光通信市场中的各类角色都表示出了兴趣,包括来自世界各地的器件研发机构、系统和子系统厂家、学术组织、研究中心和政府代理机构等等。光星座仪也得到了运营商的关注,Robitaille表示,这一点“令人惊奇”,尽管实际应用还是数月乃至更久之后的事情。

这就是说,像Robitaille强调的那样,“100G技术和其它技术升级最大的区别在于业界有着对100G容量的实际业务需求,它是市场驱动的,而非技术驱动的。”

技术进展推动了测试厂商研发支持各种先进调制机制的复杂测试解决方案,虽然光星座仪与传统的光信号测试方法有所区别,但它肩负的测试使命却没有什么不同。

“光星座仪应该能够分析光纤中传来的各种信号,并把它以直观的方式展现出来,”van der Weide总结道,“任何仪表都是这样,光星座仪也一样。”

Cube Optics助Neo Telecoms扩容骨干网BLg光波通信
2010年4月14日,创新无源WDM解决方案供应商Cube Optics与法国网络批发运营商Neo Telecoms合作完成了巴黎与阿姆斯特丹之间的新WDM骨干网的试运行。新网络将能应对互联网流量的大幅增长,尤其是视频业务的迅速增长。

Cube Optics利用其独特的专门技术设计和制造了高密度、高性能的无源带通滤波器和复用器,以极低的总拥有成本满足了Neo Telecoms的特殊要求。Cube Optics的解决方案对收发器的光功率要求非常低,使得Neo Telecoms的新骨干网沿途任何地方都不再需要再生器和放大器。

  
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