關(guān)于使用積分法測(cè)試OSNR的研究

李彥霞

目前，100G OTN設(shè)備在大規(guī)模進(jìn)行商用，在工程驗(yàn)收中采用的傳統(tǒng)的測(cè)試信噪比的方法已無(wú)法得到準(zhǔn)確的信噪比參數(shù)。設(shè)備廠家提供的頻譜分析單板也無(wú)法準(zhǔn)確的在網(wǎng)管上顯示單波信號(hào)的信噪比數(shù)據(jù)，使得工程中測(cè)試的標(biāo)稱信噪比值對(duì)工程驗(yàn)收，后期維護(hù)有參考意義，也能準(zhǔn)確客觀反映出系統(tǒng)性能。根據(jù)信噪比的定義，信號(hào)與噪聲的功率比值，采用積分法測(cè)試是目前測(cè)試100G OTN系統(tǒng)廣泛采用的思路和方法。

一、OSNR的定義

在DWDM系統(tǒng)中，光信號(hào)以完全透明的方式進(jìn)行傳輸，傳輸性能監(jiān)測(cè)只能借助簡(jiǎn)單的模擬量，如光功率、OSNR （光信噪比）、中心波長(zhǎng)等。其中OSNR能夠比較準(zhǔn)確地反映信號(hào)質(zhì)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(biāo)之一。OSNR的定義如下：

其中：Pi是第i個(gè)待測(cè)通道的信號(hào)功率；Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內(nèi)的噪聲功率；Br是參考帶寬，通常取0.1nm；Bm是噪聲等效帶寬。

二、傳統(tǒng)測(cè)試方法

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(diào)制碼型。信號(hào)本身光譜寬度較小，即使在通道間隔為50GHz的實(shí)際傳輸系統(tǒng)里，通道之間光譜串?dāng)_非常小，可以忽略不計(jì)，這種情況下，0.1nm的信號(hào)測(cè)量帶寬基本可以包含了傳輸信號(hào)幾乎全部功率，因此OSNR的傳統(tǒng)測(cè)試方法為0.1nm帶寬內(nèi)光信號(hào)功率和噪聲功率的比值。光信號(hào)功率取中心波長(zhǎng)平均峰值功率，而噪聲的功率取兩相鄰?fù)返闹虚g點(diǎn)的功率。

這種以通路間噪聲等效通路內(nèi)噪聲的測(cè)試方法（即帶外噪聲測(cè)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(cè)試精度。

三、傳統(tǒng)測(cè)試方法面臨的挑戰(zhàn)

業(yè)務(wù)需求和技術(shù)進(jìn)步都是無(wú)止境的，推動(dòng)DWDM技術(shù)繼續(xù)向以下幾個(gè)方向發(fā)展：

第一，RZ（歸零碼）、相位調(diào)制碼等新型調(diào)制碼型不斷應(yīng)用，打破了NRZ（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)也已具備商用條件；

第三，單信道傳輸速率不斷提高，40G/100Gbit/s系統(tǒng)進(jìn)入商用；

第四，ROADM（可重構(gòu)光上下路節(jié)點(diǎn)）的引入實(shí)現(xiàn)了光域組網(wǎng)。

這些發(fā)展給傳統(tǒng)測(cè)試方法帶來(lái)了挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在信號(hào)光譜的展寬和重疊、濾波效應(yīng)破壞噪聲譜等方面。

3.1信號(hào)光譜的展寬

不同線路側(cè)速率單板的光譜寬度不一樣，即使相同速率的10G業(yè)務(wù)單板，不同調(diào)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(hào)的-20dBm譜寬。其10GRZ，40G和100G信號(hào)的光譜接近或者大于通道間隔0.4nm。

3.2信號(hào)光譜的重疊

隨著信道間隔的減小和信號(hào)光譜的展寬，相鄰信道信號(hào)光譜開(kāi)始發(fā)生重疊。這對(duì)以信道間噪聲等效信道內(nèi)噪聲測(cè)試為基本原理的傳統(tǒng)測(cè)試方法帶來(lái)了挑戰(zhàn)，原因是信道間不僅有噪聲功率，還有部分信號(hào)功率，這部分信號(hào)功率造成OSNR測(cè)試值偏小。

一般來(lái)說(shuō)，采用較小的RBW掃描可以獲得更精細(xì)的光譜細(xì)節(jié)，相鄰信號(hào)光譜更容易分辨。例如50GHz間隔的10Gbit/s NRZ調(diào)制系統(tǒng)，如果用0.1nm RBW掃描，存在一定的光譜重疊現(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(xì)節(jié)，此時(shí)結(jié)合積分法，可以獲得比較滿意的OSNR測(cè)試結(jié)果。

四、解決方案介紹及評(píng)估

通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)測(cè)試方法進(jìn)行修正，可以在一定程度上解決信號(hào)光譜展寬引發(fā)的測(cè)試誤差問(wèn)題。

修正方法一：

信號(hào)和噪聲測(cè)試使用不同的RBW。測(cè)試信號(hào)光功率時(shí)選擇較大的RBW，保證能夠覆蓋絕大多數(shù)信號(hào)光，10Gbit/s RZ信號(hào)建議采用0.2 nm，40Gbit/s信號(hào)可以適當(dāng)采用更大一點(diǎn)的RBW；測(cè)試信道間噪聲光功率時(shí)選擇較小的RBW，注意如果RBW<0.1 nm，計(jì)算OSNR時(shí)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(cè)光譜，用積分的方法計(jì)算中心頻率左右Br范圍內(nèi)的功率為信號(hào)功率，信道中間Bm范圍內(nèi)的功率為噪聲功率，兩者相比得到OSNR。

信號(hào)光功率的積分范圍可以取大一點(diǎn)（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(diǎn)，但是注意最后要換算到0.1 nm內(nèi)的功率。

五、結(jié)論

綜上所述，對(duì)于新型DWDM系統(tǒng)，傳統(tǒng)OSNR測(cè)試方法面臨了巨大的挑戰(zhàn)，雖然一些修正方案可以在一定程度上提高測(cè)試準(zhǔn)確性，但是其固有缺陷決定了無(wú)法解決信道光譜重疊和濾波器破壞噪聲譜等問(wèn)題。

信道內(nèi)噪聲測(cè)試法、噪聲功率譜擬合法等在研發(fā)和工程實(shí)踐中總結(jié)出來(lái)的替代方法可以在現(xiàn)有儀表?xiàng)l件下獲得更加準(zhǔn)確的OSNR測(cè)試結(jié)果。