otn積分法測試信噪比操作指導手冊-r1

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3、關斷積分法測試OSNR 和以及測試實例關斷積分法測試OSNR 和以及測試實例目錄1概述12OSNR 測試原理和測試方法OSNR 的定義1傳統(tǒng)測試方法1的2傳統(tǒng)測試方法2.3.1 信號光譜的展寬22.3.2 信號光譜的. 32.3.3 濾波效應破壞噪聲譜4解決方案介紹及評估5傳統(tǒng)測試方法的修正5信道內噪聲測試法6噪聲功率譜擬合法6偏振分離法6結論8測試儀表和測試方式的選擇3積分法測試 OSNR 和以及測試實例93.13.2積分法測試 OSNR9結合具體儀表測試實例10YOKOGAWA 6370 光譜儀11EXFO-5240BP 光譜儀14圖目錄圖圖2-12

4、-22-32-42-53-13-23-33-43-53-63-73-83-93-103-113-123-133-143-153-163-173-183-19傳統(tǒng) OSNR 測試方法示意250 GHz 間隔 40 Gbit/s DWDM 系統(tǒng)信號光譜現(xiàn)象4濾波效應破壞噪聲譜示意5偏振分離法實現(xiàn)原理7圖圖圖偏振分離法與傳統(tǒng) OSNR 測試方法的比較7信號光譜圖11光譜儀設置120.4nm 信號功率測試130.1nm 噪聲功率14ToolBox 啟動界面15啟動應用程序15模式設置 116模式設置 216設置通道間隔17信號功率計算方式設置17OSNR 噪聲18OSNR RBW 設置18完成分析設置

5、的常規(guī)設置19C 波段光譜圖19信號功率測試 120信號功率測試 220信號功率測試 3210.4nm 噪聲功率210.1nm 噪聲功率22圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖圖表目錄表 2-1不同業(yè)務速率-20dB 譜寬3表 2-2OSNR 測試儀表91概述本文介紹 OSNR 的定義和傳統(tǒng)測試方法，積分法測試方法以及其應用場景，以及結合儀表進行 OSNR 積分法測試舉例。2OSNR 測試原理和測試方法2.1OSNR 的定義在 DWDM 系統(tǒng)中，光信號以完全透明的方式進行傳輸，傳輸性能監(jiān)測只能借助簡單的模擬量，如光功率、OSNR (光信噪比)、中心波長等。其中 OSNR 能夠比較準確地反映信號

6、質量，并能在一定程度下判斷系統(tǒng)的余量，已成為目前衡量光傳輸系統(tǒng)性能最常用的指標之一。OSNR 的定義如下：（1）其中：Pi 是第 i 個待測通道的信號功率；Ni 是等效噪聲帶寬 Bm 范圍內的噪聲功率；Br是參考帶寬，通常取 0.1nm；Bm 是噪聲等效帶寬。2.2傳統(tǒng)測試方法ITU-T G.697 給出了 OSNR 的測試方法，如圖 2-1 所示，中心波長處的峰值功率是信號功率 Pi 與噪聲功率Ni 之和，即Pi+Ni，由于 PiNi，通常認為 Pi+NiPi；中心波長左右 處的平均功率等效為信道內噪聲功率，即為N（i+）+N（i-）2；兩者的比值即 OSNR。這種以信道間噪聲等效信道內噪聲

7、的測試方法（即帶外噪聲測試法）簡單且不失準確性，而且不影響業(yè)務，因此得到了廣泛應用，多數(shù)儀表廠商的OSA（光譜分析儀）都以此法為標準測試方法。目前常用的光譜儀，如 AQ6317C，AQ6370，9720A 等 OSNR 測量，都基于帶外噪聲測量的方法進行的。測量的時候，將光譜儀以 0.1 nm 的 RES（分辨率帶寬）單次掃描即到所有通道的 OSNR。由于之前常用的光傳輸系統(tǒng)為 10Gbps 或 2.5Gbps，且基本都采用 NRZ 調制碼型。信號本身光譜寬度較小，即使在通道間隔為50GHz 的實際傳輸系統(tǒng)里，通道之間光譜串擾非常小，可以忽略不計，這種情況下，0.1nm 的信號測量帶寬基本可以

8、包含了傳輸信號幾乎全部功率，因此OSNR 的傳統(tǒng)測試方法為 0.1nm 帶寬內光信號功率和噪聲功率的比值。光信號功率取中心波長平均峰值功率，而噪聲的功率取兩相鄰通路的中間點的功率。這種以通路間噪聲等效通路內噪聲的測試方法（即帶外噪聲測試法），在 10Gbit/s 及以下速率 NRZ DWDM 系統(tǒng)中，可以獲得足夠高的測試精度。ITU-T G.697標準所規(guī)定的 OSNR 測量方法即帶外噪聲測量法。圖 2-1 傳統(tǒng)OSNR 測試方法示意2.3傳統(tǒng)測試方法的業(yè)務需求和技術進步都是無止境的，推動 DWDM 技術繼續(xù)向以下幾個方向發(fā)展：第一，RZ（歸零碼）、相位調制碼等新型調制碼型不斷應用，打破了 N

9、RZ（非歸零碼）一統(tǒng)天下的局面；第二，信道間隔不斷變窄，50 GHz 間隔 DWDM 系統(tǒng)已經(jīng)大規(guī)模商用，25 GHz 間隔的超密集波分（UDWDM）系統(tǒng)也已具備條件；第三，單信道傳輸速率不斷提高，40G/100Gbit/s 系統(tǒng)進入；第四，ROADM（可重構光上下路節(jié)點）的引入實現(xiàn)了光域組網(wǎng)。這些發(fā)展給傳統(tǒng)測試方法帶來了，主要體現(xiàn)在信號光譜的展寬和、濾波效應破壞噪聲譜等方面。2.3.1信號光譜的展寬不同線路側速率單板的光譜寬度不一樣，即使相同速率的 10G 業(yè)務單板，不同調制碼型的光譜寬度存在一定的差異：RZ 光譜寬度大于 NRZ。下表是 10G，40G 和 100G信號的-20dBm 譜寬

10、。其 10GRZ，40G 和 100G 信號的光譜接近或者大于通道間隔0.4nm。表 2-1 不同業(yè)務速率-20dB 譜寬傳統(tǒng)測試方法一般將Br 和Bm 都簡單取值為0.1 nm，這樣在工程測試中OSA 以0.1 nm的 RBW（分辨率帶寬）單次掃描即到所有波道的 OSNR。在 10 Gbit/s 及以下速率 NRZ DWDM 系統(tǒng)中，這種方法可以獲得足夠高的測試精度，但是在 RZ 或者DSPK調制的 10 Gbit/s 系統(tǒng)以及 40 Gbit/s 系統(tǒng)中，由于 0.1 nm 的 Br 無法覆蓋絕大多數(shù)信號光功率，這種方法測得的結果明顯偏小，誤差可以達到 23 dB。2.3.2信號光譜的隨著

11、信道間隔的減小和信號光譜的展寬，相鄰信道信號光譜開始發(fā)生。這對以信道間噪聲等效信道內噪聲測試為基本原理的傳統(tǒng)測試方法帶來了，原因是信道間不僅有噪聲功率，還有部分信號功率，這部分信號功率造成 OSNR 測試值偏小。一般來說，采用較小的 RBW 掃描可以獲得更精細的光譜細節(jié)，相鄰信號光譜更容易分辨。例如 50GHz 間隔的 10Gbit/s NRZ 調制系統(tǒng)，如果用 0.1nm RBW 掃描，存在一定的光譜現(xiàn)象，但是將RBW 降至0.01 nm，可以得到比較好的信道間隔光譜細節(jié)，此時結合積分法，可以獲得比較滿意的 OSNR。信號光譜問題在信道間隔與信號譜寬非常接近的系統(tǒng)中尤為突出，例如 25GHZ

12、間隔的 10Gbit/s DWDM 系統(tǒng)、50GHz 間隔的 40Gbit/s DWDM 系統(tǒng)。圖 2-2 所示為一個 50 GHz 間隔的 40Gbit/s 和 10Gbit/s 信號混傳的 DWDM 系統(tǒng)光譜圖，40Gbit/s信號的高譜寬將信道間功率提高了 10dB 以上，也就是說傳統(tǒng) OSNR 測試方法的誤差將超過 10dB。業(yè)務單板最大-20dB 譜寬10G 速率業(yè)務單板NRZ0.3nm RZ0.4nm40G 速率業(yè)務單板P-DPSK0.7nmRZ-DQPSK：NA（無要求）一般情況都在 0.6nm，大于 50G 頻率間隔 0.4nm。100G 速率業(yè)務單板PM-QPSK0.6nm圖

13、 2-250 GHz 間隔 40 Gbit/s DWDM 系統(tǒng)信號光譜現(xiàn)象2.3.3濾波效應破壞噪聲譜隨著技術的發(fā)展，DWDM 不再滿足于簡單的點到點傳輸，光域組網(wǎng)已經(jīng)提上了議事日程。ROADM 節(jié)點技術已經(jīng)成熟并得到規(guī)模應用。此外，在超長距 DWDM 系統(tǒng)中，通常需要采用一些 OEQ（光域均衡）節(jié)點來保證各信道功率的穩(wěn)定性和一致性。ROADM 和OEQ 的基本原理都是通過濾波器將全部或者部分波道分離后采取上下話路或者功率調整等操作，最后重新合為一路。濾波效應的存在給傳統(tǒng)測試方法帶來了極大。圖 2-3 所示，經(jīng)過濾波器件后，信道間的噪聲功率明顯降低，造成測得的噪），OSNR 測試聲功率低于實際

14、值（虛線表示實際噪聲功率水平，實線表示結果偏高。有文獻將這種濾波帶來的效應稱為 Shoulder Effect。在 10Gbit/s DWDM 超長距離傳輸測試中發(fā)現(xiàn)，經(jīng)過兩級 OEQ 節(jié)點，OSNR 測試誤差可以達到 6 dB 以上，而根據(jù)文獻測試誤差甚至可能超過 10 dB。圖 2-3 濾波效應破壞噪聲譜示意在濾波效應破壞噪聲譜的條件下，通過測試信道間噪聲來等效信道內噪聲的方式已經(jīng)行不通了，惟一的方法是直接或者通過其他方式間接測試信道內噪聲，這也是目前傳統(tǒng)測試方法最難解決之一。2.4解決方案介紹及評估2.4.1傳統(tǒng)測試方法的修正通過對傳統(tǒng)測試方法進行修正，可以在一定程度上解決信號光譜展寬問

15、題。的測試誤差修正方法一：信號和噪聲測試使用不同的 RBW。測試信號光功率時選擇較大的 RBW，保證能夠覆蓋絕大多數(shù)信號光，10Gbit/s RZ 信號建議采用 0.2 nm，40Gbit/s 信號可以適當采用更大一點的RBW；測試信道間噪聲光功率時選擇較小的RBW，注意如果RBW0.1 nm，計算 OSNR 時需要將噪聲功率換算成 0.1 nm 等效噪聲帶寬的功率值。修正方法二：積分法。采用 OSA 所能提供的最小RBW 掃描待測光譜，用積分的方法計算中心頻率左右 Br 范圍內的功率為信號功率，信道中間 Bm 范圍內的功率為噪聲功率，兩者相比得到 OSNR。信號光功率的積分范圍可以取大一點（

16、100 GHz 間隔最大可取 0.8 nm，50 GHz 間隔系統(tǒng)最大可取 0.4 nm）；噪聲功率的積分范圍可以取小一點，但是注意最后要換算到 0.1 nm 內的功率。目前有些 OSA 具備自動積分計算功能，如不具備該功能，只能手工計算。以上修正方法，尤其是積分法，可以有效應對單純的信號光譜展寬問題，也可以在一定程度上改善信號光譜能為力。條件下的測試精度，但是對濾波效應的噪聲譜改變無2.4.2信道內噪聲測試法信道內噪聲測試法的原理非常簡單，就是關閉信號光直接測試對應波道的信道內噪聲。為了提高測試準確性，建議采用積分法測試信號和噪聲功率。具體步驟如下。1.打開測試波道 OTU，用積分法測試整個

17、信號光譜范圍內的功率，記作 P1。2.關閉測試波道 OTU，用積分法測試整個信號光譜范圍內的功率，記作 P2。3.保持 OTU 的關閉狀態(tài)，用積分法測試等效噪聲帶寬 Br 范圍內的功率，記作 P3。4.計算 OSNR，OSNR=（P1-P2）P3。這種方法可以有效解決上述新問題，但是測試時需要中斷被測波道的業(yè)務，無法實現(xiàn)無損測試，而且測試短波長波道時存在一定的誤差（受增益競爭效應的影響，關閉信號光測得的噪聲功率高于實際值，這種誤差大多數(shù)情況下可以忽略，但是對最邊緣的短波長波道，噪聲功率相對較高，無法忽略測試誤差。從0.51 dB）。來看，這種誤差在2.4.3噪聲功率譜擬合法噪聲功率譜擬合法的基

18、本思路是采用信道內噪聲測試法測試一些不承載業(yè)務波道的信道內噪聲，擬合出整個光譜范圍內的噪聲功率譜，從而得到其他被測波道的噪聲功率。這種方法目前只是在實驗測試中采用的一種替代方法。一般來說，采樣點數(shù)量越多，擬合結果越優(yōu)。但是，在現(xiàn)網(wǎng)系統(tǒng)中每一個采樣點就意味著一個波道的業(yè)務中斷，因此很難保證有很多采樣點。由于噪聲功率譜在長波長區(qū)域比較平坦，因此線性擬合方法具有比較高的準確性，同樣在短波長區(qū)域存在一定的誤差。OTU 等方式實際系統(tǒng)可能會出現(xiàn)波道滿配置的情況，此時雖然可以通過關閉冗獲得采樣點，但是終究會給系統(tǒng)帶來一定的風險，因此噪聲功率譜擬合法嚴格意義上說不是一種完全的無損測試方法。2.4.4偏振分離

19、法偏振分離法可以實現(xiàn)嚴格意義上的無損測試。偏振分離法的基本思路是將噪聲看成是無偏振的光源，而信號是具有任意偏振態(tài)的偏振光，因此可以把具有偏振態(tài)的信號光從無偏振的噪聲光中分離出來，單獨測試信號和噪聲功率，從而得到真正的信道內 OSNR，如圖 2-4 所示。圖 2-4 偏振分離法實現(xiàn)原理至于具體的偏振分離技術，各儀表廠商都有自己的專利。JDSU 推出了采用偏振分離法進行 OSNR 測試的 OSA，并與labs 合作進行了深入的論證性測試，研究了 PMD、濾波器級聯(lián)數(shù)量、調制格式、信號速率等不同對的影響。圖 2-5 所示為采用偏振分離測試法和傳統(tǒng)測試方法測試不同調制格式的 40Gbit/sDWDM

20、系統(tǒng)的，可以看出，偏振分離法的與理論值非常接近，誤差在 1dB 以內，而傳統(tǒng)OSNR 測試方法的結果總是大大超出理論值，誤差可以達到 910 dB。圖 2-5 偏振分離法與傳統(tǒng)OSNR 測試方法的比較2.5結論綜上所述，對于新型 DWDM 系統(tǒng)，傳統(tǒng) OSNR 測試方法了巨大的，雖然一些修正方案可以在一定程度上提高測試準確性，但是其固有缺陷決定了無法解決信道光譜和濾波器破壞噪聲譜等問題。信道內噪聲測試法、噪聲功率譜擬合法等在研發(fā)和工程實踐中總結出來的替代方法可以在現(xiàn)有儀表條件下獲得更加準確的 OSNR 測試結果，但是存在方法復雜、無法實現(xiàn)無損測試等缺點，難以在實際系統(tǒng)運維中大規(guī)模推廣。偏振分離

21、法是目前惟一能夠真正實現(xiàn)信道內 OSNR 無損測試的有效方法，不影響系統(tǒng)工作，操作簡單，但是現(xiàn)有的 OSA 都無法支持，需要進行儀表更新，成本昂貴。2.6測試儀表和測試方式的選擇1.目前各儀表廠商提供支持帶內測試 OSNR 的標準不異，因此不同儀表測試有差2.工程如無法獲得支持帶內測試 OSNR 的儀表時， OSNR 測試的儀表采用積分法進試，積分法測試需要關斷激光器請關注是否具備測試環(huán)境。3.對于系統(tǒng) OSNR 設計臨界的系統(tǒng)，建議采用積分法進試。10G NRZ 使用支持帶外 OSNR 測量的儀表或者帶內OSNR 測量儀表。10G ERZ/SRZ、ROADM、40G 和 100G 使用支持積

22、分法帶內 OSNR 測量儀表。40G、100G 最好選在支持偏振相干法測試的儀表，不過目前沒有相關儀表。表 2-2 OSNR 測試儀表儀表型號功能說明備注EXFOFTB-5240S支 持In-band OSNR 測試支持積分測試FTB 400 / FTB-500 為通用測試可安裝 OSA、CD、PMD 等測試模塊，選用時需要注意具體攜帶的測試模塊信號類型儀表要求備注10G NRZ帶外OSNR 測試儀表帶內積分 OSNR 測試儀表10G ERZ/SRZ ROADM帶內積分 OSNR 測試儀表帶內自動積分 OSNR 測試儀表不時，只能臨手動測試并計算OSNR。40G、100G帶內偏振 OSNR 測

23、試儀表YOKOGAWA 6370支持積分測試3積分法測試 OSNR 和以及測試實例本章節(jié)提到的積分測試法默認為關閉積分測試法。3.1積分法測試 OSNR下面在詳細介紹積關斷分法測試原因和相關計算表格。積分法是根據(jù) OSNR 定義的最基本的測試方法，根據(jù)上 2.1 章節(jié)的公式（1）中 OSNR的定義來測試信號功率和噪聲的功率并根據(jù)上述公式進行手工計算。其具體測試步驟如下：1.使用光譜分析儀表，利用積分法測量信號帶寬內的信號功率（包含信號噪聲）： P0。信號帶寬大小要求基本能覆蓋信號的幾乎能量即可。一般可以取系統(tǒng)的信號間隔，例如 100GHz 間隔系統(tǒng)中信號帶寬可以取 0.8nm，50GHz 間隔

24、系統(tǒng)信號帶寬可取 0.4nm；2.關閉信號光，使用光譜分析儀表的積分功能，得到噪聲信號在 Bm 帶寬內的噪聲功率：Ni。則純信號功率 PiP0-Ni在步驟 2 關閉信號光的環(huán)境下，使用光譜分析儀表的積分功能，得到噪聲信號在Br 帶寬內的噪聲功率：Ni。根據(jù) OSNR 的定義，計算實際的系統(tǒng) OSNR 值：3.4.OSNR=10Log(Pi/Ni)+10LogBm/Br=10Log（PiBm）（/ NiBr)（2）=10Log（P0-Ni）Bm）/（NiBr ）（3）這里，Bm 是噪聲等效帶寬，按 50G 通道間隔，Bm 取值為 0.4nm，Br 為參考帶寬，規(guī)定為 0.1nm。在實際測量中，一

25、般的值可以表述為：噪聲功率的測量取 0.1nm 波長范圍，這樣 OSNROSNR=10Log(P00.4nm（信號+噪聲） - Ni0.4nm 噪聲)/ Ni0.1nm 噪聲（4）由于用儀表測試到的功率用dBm 來表示的，上述公式（4）中的功率是 m（瓦）表示。換算后如下：OSNR =10Log10(10( P0/10)-10( Ni /10)/(10( Ni /10)（5）P0 為 0.4nm（信號+噪聲）功率，Ni 為 0.4nm 噪聲功率，Ni 為 0.1nm 噪聲功率，為 dBm，為儀表測試到功率值。以上可以公式用用excel 做一個表格來計算。圖 3-1信號光譜圖2.設置光譜儀：點擊

26、光譜儀【MARKER】按鍵，選擇開啟和，屏幕上會出現(xiàn)如下圖所示的兩條紅色的標記線“L1 和 L2”。圖 3-2光譜儀設置3.測量信號功率值（1）確定信號的中心波長位置，本示例中CH6=195.15THz=1536.22nm；（2）調節(jié)標記線L1 和L2 至所測波長中心兩側，呈對稱分布，并且L2-L1=0.4nm，如下圖白色方框中所示；（3）重新掃描一次波長；（4）讀出屏幕上方的功率 P（00.4nm 信號+噪聲功率），如下圖白色圓圈中所示；（5）如果屏幕上方并非顯示功率讀數(shù)，此時需要設置一下光譜儀：選擇YSIS】按鍵“YSISI 1ER”選項“ER”項，【即可出現(xiàn)功率讀數(shù)。圖 3-30.4nm

27、 信號功率測試噪聲功率1.測量 0.4nm 噪聲功率：（1）（2）關閉信號；重新掃描一遍光譜；（3）在測試信號功率的帶寬內，標記線 L1 和 L2 至所測波長中心兩側，呈對稱分布，并且 L2-L1=0.4nm；（4）讀出屏幕上方的功率 Ni（0.4nm 噪聲功率）。2.測量 0.1nm 等效噪聲功率：（1） 調節(jié)標記線 L1 和 L2 的位置，使得兩標記線仍以原信號的中心為軸對稱分布，并且L2-L1=0.1nm，如下圖所示；（2） 讀出屏幕上方的噪聲功率 Ni（0.1nm 噪聲功率）。圖 3-40.1nm 噪聲功率計算 OSNROSNR =10Log10(10( P0/10)-10( Ni /10)/(10( Ni /10)可以借助excel 功率來計算信噪比值，以上功率均采用dBm。3.2.2EXFO-5240BP 光譜儀下面以 5240BP 測試 100G 信號的信噪比為例進行說明。5240BP 儀表啟動與設置1.在 windows 桌面上，點擊“Toolbox”進入測試應用程序界面。圖 3-5 ToolBox 啟動界面2.在 EXFO To