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光谱仪在测试WDM的巧妙应用

2021-03-02 16:39:17·  来源：横河测试测量  作者：YOKOGAWA  
　
今天我们来聊聊光通信中测试WDM的小技巧，以及如何充分发挥光谱仪在其中的作用。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
今天我们来聊聊光通信中测试WDM的小技巧，以及如何充分发挥光谱仪在其中的作用。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：
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。精确测量Pi与Ni，决胜于光谱分析仪(以下简称OSA)的分辨率！
 
由于现在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。为了精确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。

▲图1
 
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，最好使用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。

▲图2
 
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，如果选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”功能的分析举例
 
Dual Trace功能可以在ANALYSIS2-WDM-Parameter setting设置，图7。
▲图7
选择分辨率高、动态范围大的光谱仪对于准确分析DWDM的OSNR至关重要，AQ6370D的0.02nm的最高分辨率以及大于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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