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横河AQ6370D光谱仪在测试WDM的巧妙应用

横河AQ6370D光谱仪在测试WDM的巧妙应用
 
 今天我们来聊聊光通信中测试WDM的小技巧,以及如何充分阐扬光谱仪在此中的作用。随着5G前传的定型,传统波分复用器厂家和新进的模块厂家对于CWDM/DWDM(稀疏波分复用/密集波分复用)多通道的光谱测试要求越来越高了。而随着DWDM的广泛应用,通信系统的传输容量得到了极大的提高,这也是光通信发展的主要方向。
 在测试WDM(包括CWDM和DWDM)系统过程中,OSNR(光信噪比)是一个反映系统性能的重要指标,那么光谱仪的分辨率对OSNR的结果有着怎么样的影响?如何去正确抉择合适的分辨率?
 首先我们来看下OSNR的计算方法,按照IEC规范,可以由以下公式获得:
 
 可以看出,能否准确计算出OSNR的关键就取决于OSA获得每个信道的Pi(信号功率)与Ni(噪声功率)的精度了,Bm是测量时光谱仪分辨率,Br是归一化噪声带宽通常为0.1nm。**测量Pi与Ni,决胜于光谱阐发仪(以下简称OSA)的分辨率!
 
 由于此刻DWDM的信道间隔越来越窄、调制速率越来越高,对于OSNR的准确测量就变得越来越困难。为了**测量一个调制信号的功率,需要一个比较宽的分辨率带宽的滤波器,而这种滤波器的垂直边缘必须非常陡峭,才能正确捕获信号的调制带的功率,又不受相邻信道信号的干扰。如图1所示。
 
 横河AQ6370D光谱仪在测试WDM的巧妙应用
 举一个实测的例子:一个1552.4nm的DFB-LD经过10Gbit/s NRZ调制后的信号作为测试源。下图2可以看出,在测试该信号功率时,*好使用200pm(0.2nm)以上的分辨率。如果减小实际分辨率,信号功率测量误差就会增大。
 
 横河AQ6370D光谱仪在测试WDM的巧妙应用
 同时我们利用光谱仪测试不同分辨率下对应的光谱,图3可以看到,只有光谱仪的分辨率窗口大于调制信号的谱宽时,调制信号的功率才可以得到保证,否则功率偏低。然而,在信道间隔很窄的系统中,如果抉择分辨率太大又会导致相邻信道的信号叠加,不能分辨出噪声,因此分辨率又不能调得过大,需要瞻前顾后。
 
 ▲ 图3
 例如在25GHz信道间隔的DWDM系统中,信道间隔只有200pm,如果此时设置分辨率为200pm,那么就不能有效地分辨出每个信道了,这里我们用不同分辨率测试一下对应的光谱,如图4所示,分辨率小了之后才能分辨每个信道。
 
 ▲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。
 在进行信道间噪声功率谱密度测量时,需要光谱仪具有比较窄的分辨率带宽和陡峭的垂直边缘,要求光谱仪有足够大的动态范围,这样被测的噪声光中没有夹杂着信号的成分。图5显示了OSA分辨率带宽与动态范围对噪声功率的影响。
 
 ▲图5
 但是,OSA规范中“功率精度”和“功率平坦度”两项指标也受分辨率影响,AQ6370D分辨率设置大于0.05nm以上时,可以保证精度和平坦度。对于噪声功率测量,应当使用能够保证功率精度的分辨率设置,这样才能保证整体的测试精度。
 
 表2,测试噪声功率时OSA的分辨率推荐设置
 
 *1 超出保证功率精度的分辨率

 然而细心的朋友们可能发现了,测试功率和测试噪声时,所使用的分辨率是不一致的,测量信号功率分辨率需要大一点,而测量噪声功率分辨率需要小一点,这两者是否矛盾,用一台光谱仪测试难道就只能保证其一?
 
 其实不然,横河AQ6370D有一个针对这项测试设计的功能,“双曲线扫描功能Dual Trace Function”,这可以使一台AQ6370D可以用不同的分辨率分别去计算信号功率和噪声功率,从而获得OSNR的准确结果,我们只需要扫描两条曲线即可。如图6,黄色曲线Trace A读取信号功率,红色曲线Trace B读取噪声功率。
 
 ▲图6 AQ6370D中“Dual Trace”功能的阐发举例
 
Dual Trace功能可以在ANALYSIS2-WDM-Parameter setting设置,图7。
 
 ▲图7
 抉择分辨率高、动态范围大的光谱仪对于准确阐发DWDM的OSNR至关重要,AQ6370D的0.02nm的*高分辨率以及大于78dB的动态范围,就可以有效地对信号光与噪声光的功率进行准确测量,再结合正确的设置,可以确保OSNR的阐发结果,是DWDM系统测量的理想抉择。
 
 注:本文所述基于尝试系统进行测量,测量条件或测试能力会按照实际情况有所不同。
 当使用以上设置进行实际测量时,按照系统的动态啁啾、色度色散、调制格式等情况,测量结果会有差异,需要从头设置测试条件。

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