網(wǎng)絡(luò)中的光頻譜分析儀

近期，多個高帶寬網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行了升級，引入了可重構(gòu)光分插復(fù)用器（ROADM），以提高效率和靈活性。ROADM 允許網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)程調(diào)整高速鏈路上丟包或加包的波長數(shù)量，從而優(yōu)化帶寬——例如，在不需要帶寬時不丟包。

ROADM 的核心是波長選擇開關(guān) (WSS)，它用于將任何波長重定向到任何方向；WSS 的運行獨立于顏色、方向和沖突。雖然這確實提供了網(wǎng)絡(luò)靈活性、可擴(kuò)展性和安全性，但也改變了測試規(guī)則。

接收機(jī)的功能是為解調(diào)器提供從接收到的光信號中提取出的最純凈的電信號。為了確定信號在密集波分復(fù)用器 (DWDM) 系統(tǒng)中傳輸?shù)馁|(zhì)量，需要使用光頻譜分析儀 (OSA) 來測量該信號的光信噪比 (OSNR)。OSA 可以表征每個信道在接收機(jī)處的峰值功率與噪聲基底之間的“余量”；該值指示接收信號的可讀性，隨著遠(yuǎn)距離應(yīng)用對傳輸極限的要求越來越高，這一參數(shù)的重要性也日益凸顯。

OSNR 是信號（或有效信息）與背景噪聲的比值。OSNR 提供有關(guān)誤碼率 (BER) 的間接信息，因此它是從測量頻譜中獲得的最有用的參數(shù)，這也是為什么它被列為 ITU-T G.692 建議書和 ITU-T G.959.1 建議書中的接口參數(shù)的原因。

常規(guī)OSNR測量方法

根據(jù)IEC-61280-2-9標(biāo)準(zhǔn)，確定光信噪比(OSNR)的傳統(tǒng)方法是插值法。該方法要求測量兩個峰值中間點的噪聲水平，并進(jìn)行線性插值。然后可以估計峰值以下的噪聲，并計算OSNR。

該方法做出了兩個假設(shè)，這兩個假設(shè)對于非下一代網(wǎng)絡(luò)是準(zhǔn)確的：首先，它假設(shè)這種噪聲在分析頻帶內(nèi)是平坦的；其次，它假設(shè)通道之間的信號實際上會下降到噪聲水平。

假設(shè)1：平坦噪聲

ROADM 的示意圖如下所示。ROADM 通常放置在重要節(jié)點上，由于它取代了路由器，因此 ROADM 本身不進(jìn)行信號再生。所以，需要使用光線路放大器來增強(qiáng)信號，然后再將其送入 ROADM。之后，WSS 用于在任何給定時間選擇哪個波長的信號發(fā)送到哪個節(jié)點。

寬帶信號（例如任何放大器的放大自發(fā)輻射噪聲）經(jīng)過任何 WSS 后會被濾波，輸出或多或少是濾波器（或經(jīng)過多個 ROADM 后的級聯(lián)濾波器）的圖像。

顯然，在這種情況下，噪聲平坦的假設(shè)并不成立。因此，使用插值法會低估噪聲水平，導(dǎo)致對性能的錯誤評估，從而造成一種虛假的安全感。

以下圖中的通道 13 為例，使用插值法的傳統(tǒng) OSA 會將噪聲測量到紅色條形所示的位置，而實際噪聲位于藍(lán)色條形所示的位置。OSNR 值并沒有測量值和感知值那么高，因此必須在噪聲顯著的位置進(jìn)行測量，即在峰值以下的位置，這被稱為帶內(nèi) OSNR。

假設(shè)2：達(dá)到信道間的噪聲水平

更快的比特率（例如 40 Gbit/s）的出現(xiàn)帶來了更加復(fù)雜和寬廣的頻譜形狀，如下圖所示：

為了盡可能獲得更大的帶寬，由于大多數(shù)長途和城域網(wǎng)絡(luò)已經(jīng)為 50 GHz 信道間隔做好準(zhǔn)備，因此在處理更高速率時也需要保持這一間隔。這意味著光信號之間的間隔很小，并且可能存在重疊，從而掩蓋了它們之間的噪聲基線。

使用插值法會導(dǎo)致噪聲水平被高估，這反過來會表明性能不如實際那么好，并且網(wǎng)絡(luò)存在問題。

以下圖中的通道 73 和 74 為例，使用插值法的傳統(tǒng) OSA 會將噪聲測量到紅色條形所示的位置，而實際噪聲位于藍(lán)色條形所示的位置。在這種情況下，OSNR 高于測量值和感知值。如前所述，噪聲必須在其顯著的位置進(jìn)行測量，即在峰值以下，這被稱為帶內(nèi) OSNR。

應(yīng)對混合

一個復(fù)雜的下一代網(wǎng)絡(luò)很可能同時包含 10 Gbit/s 和 40 Gbit/s 的信號，所有信號都通過級聯(lián)的 ROADM 進(jìn)行傳輸，因此上述兩種情況/假設(shè)都適用。以下是一個示例：

第一個高亮區(qū)域（包含前 10 個信道）對應(yīng)于 10 Gbit/s 的傳輸條件，此時噪聲基底清晰可見，但噪聲顯然并不平坦（1545 nm 之前的波段證明了這一點）。下面高亮顯示的是傳統(tǒng) OSA 可能犯的錯誤：

頻道號 插值 OSNR

(dB) 真實 OSNR

(dB) 誤差

（dB）

1 24.09 21.27 2.82

2 23.28 22.57 0.71

3 22.84 21.93 0.91

4 22.80 20.65 2.15

5 22.41 19.90 2.51

6 22.00 19.34 2.66

7 22.48 19.28 3.20

8 23.08 19.79 3.29

9 23.14 20.40 2.74

10 23.92 20.49 3.43

第二個突出顯示的區(qū)域，從 11 頻道到 22 頻道，揭示了另一個問題：較大的信號掩蓋了噪聲線（以及噪聲不平坦的事實）：

頻道號 插值 OSNR

(dB) 真實 OSNR

(dB) 誤差

（dB）

11 14.98 17.73 -2.75

12 14.32 16.65 -2.33

13 14.44 17.93 -3.49

14 13.4 18.1 -4.70

15 15.28 19.12 -3.84

16 14.63 18.1 -3.47

17 14.85 17.49 -2.64

18 14.55 18.55 -4.00

19 13.4 17.63 -4.23

20 13.63 17.79 -4.16

21 15.06 18.39 -3.33

22 17.69 20.35 -2.66

因此，無論您目前擁有或計劃部署何種類型的下一代網(wǎng)絡(luò)，只要它包含 ROADM 或 40 Gbit/s 及更高速率的調(diào)制方式，任何傳統(tǒng)的 OSA 都無法提供準(zhǔn)確的測量結(jié)果。正因如此，基于混合檢測技術(shù)的下一代 OSA 才能用于精確的帶內(nèi) OSNR 測量。