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光谱仪在测试WDM的巧妙应用

2021-06-16 来源: YIQIFUWU宜器服务网 阅读量 :
今天,让我们来谈谈测试WDM在光通信中的技巧,以及如何充分发挥光谱仪在其中的作用。随着5g前向传输的成型,传统的波分复用制造商和新模块制造商对CWDM/DWDM (稀疏波分复用/密集波分复用) 多通道的频谱测试有越来越高的要求。随着DWDM的广泛应用,通信系统的传输能力得到了极大的提高,这也是光通信发展的主要方向。

在测试WDM (包括CWDM和DWDM) 系统的过程中,OSNR (光信噪比) 是反映系统性能的重要指标。光谱仪的分辨率如何影响OSNR结果?如何正确选择合适的分辨率?

首先我们来看下OSNR的计算方法,根据IEC规范,可以由以下公式获得:

OSNR的计算方法

可以看出,准确计算OSNR的关键取决于OSA获得的每个通道的Pi (信号功率) 和Ni (噪声功率) 的精度。Bm是测量过程中光谱仪的分辨率,Br是归一化噪声带宽,通常为0.1nm。精确测量Pi与Ni,决胜于光谱分析仪 (以下简称OSA) 的分辨率!

继续看.gif


随着DWDM的信道间距越来越窄,调制速率越来越高,OSNR的精确测量变得越来越困难。为了精确测量调制信号的功率,需要一个相对宽分辨率的带宽滤波器,并且该滤波器的垂直边缘必须非常陡峭,以正确捕获信号调制带的功率,而不会受到相邻信道信号的干扰。如图1所示。


正确捕获信号的调制带的功率.png

图1


举一个实测的例子:1552.4nm DFB-LD信号调制10Gbit/s NRZ作为测试源。如下图2所示,在测试信号功率时,最好使用高于200pm (0.2nm) 的分辨率。如果降低实际分辨率,信号功率测量误差将会增加。

1623826390875162.jpg

▲图2


同时,我们使用光谱仪测试不同分辨率下的相应光谱。如图3所示,只有当光谱仪的分辨率窗口大于调制信号的光谱宽度时,才能保证调制信号的功率,否则,功率低。然而,在信道间距狭窄的系统中,如果分辨率过大,相邻信道的信号将被叠加,噪声无法区分。因此,分辨率不能调整得太大,需要瞻前顾后。

1623826417121168.png

▲ 图3


例如,在具有25GHz信道间距的DWDM系统中,信道间距仅为200pm。如果此时设置了分辨率为200pm,则无法有效区分每个通道。在这里,我们用不同的分辨率测试相应的光谱。如图4所示,仅当分辨率较小时才能区分每个通道。

信道.png

▲图4:不同分辨率下测到的10Gbit/s NRZ,

25GHz Ultra DWDM系统的功率谱曲线

表1 对调制信号功率测量时的OSA(AQ6370D)分辨率推荐设置

OSA

建议设置(实际分辨率)

100GHz间隔, 10Gbit/s NRZ系统

50GHz间隔, 10Gbit/s NRZ系统

25Ghz间隔,10Gbit/s NRZ系统

AQ6370D

0.5nm(358pm)

0.2nm(143pm)

0.2nm(143pm)

以上是关于信道信号功率的测试。如开头说讲,OSNR还跟噪声功率有着密不可分的关系,接下来我们来看如何进行噪声测试会比较合理。

在测量信道间噪声的功率谱密度时,光谱仪必须具有相对较窄的分辨率带宽和陡峭的垂直边缘,这要求分光计具有足够大的动态范围,这样,被测量的噪声光不与信号分量混合。图5显示了OSA分辨率带宽和动态范围对噪声功率的影响。

OSA分辨率带宽.png

▲图5

然而,OSA规范中的功率精度和功率平坦度也受到分辨率的影响。当AQ6370D分辨率设置大于0.05nm时,可以保证精度和平坦度。对于噪声功率测量,应使用保证功率精度的分辨率设置来确保整体测试精度。


表2,测试噪声功率时OSA的分辨率推荐设置

OSA的分辨率推荐设置.png

*1 超出保证功率精度的分辨率

敲黑板.gif


但是,细心的朋友可能会发现测试功率中使用的分辨率和测试噪声不一致。测量信号的功率分辨率需要更大,而测量噪声的功率分辨率需要更小,这两者是矛盾的吗?用分光计测试只能保证一个吗?

思考.gif

事实上,横河AQ6370D有一个为该测试设计的功能,“双曲扫描功能Dual Trace Function”,它使AQ6370D能够分别计算不同分辨率的信号功率和噪声功率,为了获得OSNR的准确结果,我们只需要扫描两条曲线。如图6所示,黄色曲线Trace A读取信号功率,红色曲线Trace B读取噪声功率。

双曲线扫描功能.png

▲图6 AQ6370D中“Dual Trace”功能的分析举例


Dual Trace功能可以在ANALYSIS2-WDM-Parameter setting设置,图7。

Dual Trace功能.png

▲图7

选择高分辨率、大动态范围的光谱仪对精确分析DWDM的OSNR至关重要。AQ6370D的最高分辨率为0.02nm,动态范围大于78dB,可有效准确测量信号灯和噪声灯的功率,并结合正确的设置,确保OSNR的分析结果,是DWDM系统测量的理想选择。


注:

本文所述基于实验系统进行测量,测量条件或测试能力会根据实际情况有所不同。

当使用以上设置进行实际测量时,根据系统的动态啁啾、色度色散、调制格式等情况,测量结果会有差异,需要重新设置测试条件。

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