[经验] DWDM系统信噪比测试

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高级工程师

发表于 2018-3-12 09:57:05   486 查看 0 回复 显示全部楼层 倒序浏览
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   随着通信信息量的迅猛增长,传输容量、传输设备也不断地增加,DWDM 技术的应用越来越广泛,从点- 点的传输乃至可自愈的环网都充分利用了光纤的带宽,各种速率、各种数据格式的不同厂商的设备,通过增加新的波长和特性满足对传输容量和传输距离的各种要求。
DWDM 系统是一种光域的模拟系统,主要包括光中继站、光终端站、光分插复用器等。DWDM 传输系统的主要对象包括光传送段、光复用段和光通道。其维护测试指标主要是误码性能和光信号波长、光功率、光信噪比等。
  波长的测量:主要用来衡量中心波长光信道的间隔、DFB 激光器稳定性、掺铒放大器放大范围、频谱偏移(波长随时间的偏移)等关键问题。功率测量:主要衡量激光器输出功率、光纤衰减、可能产生的非线性效应、EDFA 增益的斜率影响功率的均衡等情况。信噪比的测量:主要衡量放大器的噪声、光通道之间的串扰、光纤的色散等系统性能。在实际的 DWDM 系统的安装和验收中,一般的网元测试主要在工厂验收时完成,例如:激光器的参数、EDFA 增益、噪声系数、增益平坦度、合波器/分波器的插入损耗、每个信道的回波损耗、串扰、平均中心波长、每个信道的带宽、每个信道的 PDL(极化相关损耗)以及 DWDM 终端设备光接口指标等。而系统测试则是工程验收和维护工作中经常实际测试的项目,主要包括:每个信道波长及其稳定度和信道间隔;每个信道的信噪比;每个信道的功率及其稳定度;光接口的发送和接收功率测试。
  一、光信噪比的定义
  在实际 DWDM 系统网络中,不论是朗讯、北电、还是华为的 DWDM 设备,由于人为因素会影响线路衰耗、尾纤、法兰盘以及温度,影响放大器输出功率等原因都直接反映在信噪比上,所以信噪比测试指标变化较大。光信噪比 OSNR 是一项重要指标(信噪比 SNR=Pout/Pnoise,即光输出功率与噪声输出功率的比),往往系统建成后全网调测时需要反复调整优化光功率,才能达到理想的信噪比。被放大的噪声信号的输出功率 Pnoise=2×n×hv×(G-1)×B。式中,n 代表噪声指数,hv 代表光子能量,G 代表增益,B 代表带宽。如果系统有 N 个光放大器,则 Pnoise=N×2×n×hv×(G-1)×B。噪声功率主要来自放大的自发发射噪声、增益、光纤色散引起的码间干扰、光纤的非线性效应等因素。除了自发发射噪声,其余可变因素能够使信噪比的变化情况反映出系统的变化情况。
  已知给定的信噪比 OSNR 的简单化模型为:
  固定的跨距衰减 OSNRn=58+P 总/M-Nf-L-Lg
  公式中 OSNRn 表示 N 个跨距后的光信噪比,M 代表波分复用的光信道数量,P 总/M 表示每信道的输出光功率,Nf 为光放大器(OA)的噪声指数,L 为跨距衰减。
  最坏情况信道的可变跨距衰减 OSNRk=58+P 坏-Nf-Langk-LgK
  上式中 OSNRk 表示 K 个跨距后的光信噪比,M 表示波分复用的光信道数量,P 坏表示最坏情况信道的输出光功率,Nf 表示光放大器(OA)的噪声系数,Langk 表示渐增的跨距衰减。
  二、光信噪比的测试与系统调整
  对于一个已建成的网络来说,跨距衰减、波分复用的光信道数等都是常量,从简单模型可见,OSNR 的变化主要受信道的输出光功率影响,这和平时系统测试的情况基本吻合。通常,系统的信噪比不理想时往往通过改变 OTU 盘所加衰耗器来达到要求,事实上也就是改变了 OTU 的输出光功率。另外,线路割接、法兰接触不良所带来的影响,一方面使跨距衰减加大,另一方面也使光放大器的输出功率下降,对信噪比的影响很大。
  为了认识 OTU 输出功率下降对 OSNR 的影响和光纤衰减对 OSNR 的影响,我们分别做了以下测试:(1)在系统调测完成后,测试一组 MpI-s 点的光功率和信噪比。(2)把中心频率为 192.2THz 的 OTU 盘的衰耗器增加 5dB,仍然测试一组 MpI-s 点的光功率和信噪比。(3)把该 OTU 盘的衰耗器增加 10dB,仍然测试一组 MpI-s 点的光功率和信噪比。
  测试结果表明,OTU 输出增加 5dB 时,中心频率为 192.2THz 的波长在 MpI-s 点的光功率下降了近 8dB,信噪比降低了 5 个值,而其它中心频率的波几乎没有大的变化,这主要因为放大器具有自动增益均衡,当 16 路信号中的某些信号失去时,不影响其它通路的正常运行,没有突发误码产生;光功率降低和信噪比降低的趋势基本一致但不具有完全的线性关系;OTU 输出增加 10dB 时中心频率为 192.2THz 的波长就可能超出了 OA 的接收灵敏度的范围而测不到光功率和信噪比,而其余各波基本没有大的变化,原理同上。如果在极限情况下,15 个波同时超出 OA 的接收灵敏度的范围,剩下的一个通路还能正常无误码工作。
  虽然线路衰耗或连接器引起的衰耗对光输出功率和噪声都有衰减,但从简单模型看,OSNRk 与 Nf 不具有完全线性关系,这是因为 DWDM 系统的信号大多数是经过多个光放大器 OA 自动增益控制的再生和放大,有些噪声可能减弱或被抵消;另一方面,光信号被衰减后,色散、非线性效应等因素也难以预料,因此设备和线路的衰减情况难以进行直观的区别,而要通过对各个光中继段的光功率、误码性能的监测来判断设备或线路的故障。在实际工程中,就有因为法兰盘不好而影响好几个波的信噪比的情况。
  信噪比的测试目前是取光输出功率的十分之一来进行监测的,其精确度也不能完全准确的反映信噪比的各种特性,因此,光输出功率、光纤衰减和信噪比之间的内在联系以及定性、定量的关系,还需要通过模拟各个光中继段线路衰减的各种情况来摸索、分析,找出规律。
来自海洋兴业仪器http://www.hyxyyq.com

标签:虚拟仪器 技术 降低 测量 成本
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