测试40G光网络

发布: 2010-10-21 00:02 | 作者: | 来源: | 字体: 小中大

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　　光网络的不断扩展以及技术的不断融合导致了数据流量的爆炸式增长。为了满足客户不断增长的数据传输需求，电信公司需要建设速率更高的骨干网，进而产生了对40G（SDH-256或OC-768）光网络的需求。这一技术不仅能提高速率，还能降低数据传输成本。历史上，速率每增长4倍都仅引起成本增长2.5倍，降低了每个传输比特的成本。如果能够保持系统的历史趋势，将使新技术的安装成本降低40％。

　　虽然40G网络在许多方面只是时分复用（TDM）技术的改进，但是其设备构成比过去要复杂得多，速率增长4倍使设备出现问题的可能性也增长了4倍，如偏振模式色散。尽管这样的问题可以在设备设计过程中通过诸如安装自动色散补偿器等方式来解决，然而许多新增的复杂性与更加严格的技术指标等问题仍然需要由器件生产厂商来解决。

　　这些新增的复杂性会限制设备生产厂商的设备产量，从而难以降低成本，而低成本是在当今经济环境中获胜的先决条件。解决方案之一是在尽可能会影响生产线的后续阶段，并对成本带来更大的影响。例如，40G网络中的大部分光无源器件就需要对色散与偏振模式色散进行测试，而这种测试在以前是不需要的。这一早期测试保证厂商所选用的器件都是合格的，在将它们组装设备时不会影响设备质量，从而保证了厂商的生产效率。
　　40G网络系统中最重要的改进之一是采用了与以往不同的激光调制编码。在10Gbit/s或更低速率的系统中，激光调制通常采用非归零（NRZ）调制。NRZ方式使得在传输连续“1”信号时，激光器一直为开状态。与之相反，40G长途系统采用归零（RZ）调制方式。在这一方式中，即使是传输“1”信号，激光器也须开关一次，在传输连续“1”信号时，激光器必须反复开关。因此，不论数据码型如何，都是由一串形状相同的脉冲来传输，只要保证单个脉冲形状在一定程度上不变，则整个脉冲序列就能够在几百公里的传输中保持完整。然而，这一方法对测试提出了新的挑战。

　　测试中采用通常被称为数字通信分析仪的高速示波器来分析传送脉冲眼图。眼图是通过将几千个脉冲波形互相叠加在一起而生成的，眼图越清晰，比特差错率（BER）越低。然而，NRZ与RZ激光器产生的眼图不同。在同样的速率引，NRZ眼图的上升沿与下降沿之间具有更长的时间，由于RZ系统是脉冲传输，所以总是在上升沿后紧跟着一个下降沿。此外，由于上升沿与下降沿时间间隔非常小（典型值为12ps），因为必须采用带宽非常宽的数字通信分析仪来测量高电平（激光器开启时的光功率）、低电平（激光器关闭时的光功率）、抖动以及上升与下降时间。

　　由于40G电信号对物理设计非常敏感，因此大部分设计采用一个高度集成的模块，将多个线路的低比特率复用成最终的40Gbit/s。通常，低速率的线路有16条，每一条线路上速率为2.5Gbit/s，总共对应40Gbit/s的带宽。SFI-5标准可以将17条2.5Gbit/s电信道复用到一个光信号中以达到40Gbit/s速率。其中第17条信道用于为各通道同步调整发送奇偶信息。这17个2.5Gbit/s电信号在PCB上密集分布，对厂商提出了更严格的要求。为了确保这些模块在系统中能够无故障运行，需要对其进行BER测试，测试设备必须能够发送16-17个并行的2.5Gbit/s电信号，同时监测40Gbit/s光输出。这一测试确保复用器的操作能够以正确的顺序输出正确的数据，并且确保解复用器能够在接收端执行反向操作。对这一技术更进一步的研究表明，实际的传输速率比40Gbit/s要高一些，这是由于前向纠错（FEC）功能引起的。在这一功能中，光纤需要传送一些附加比特，这些附加比特能对偶尔出现的误码进行实时校正。业内正在制定的G.709标准规定了增加8％的开销以包括这些附加数据。尽管传送的数据可能没有误码，但FEC仍然要传送这些附加数据，因而将数据速率增加到43.2Gbit/s。因此，为了验证被测设备具备这些功能，所有的测试设备必须与这些传输速率相匹配。

　　这就产生了一个悖论：一方面，要开发40G测试设备就必须具备40G技术；另一方面，要验证40G器件能够工作，又必须先拥有40G测试设备。这样就迫使测试设备生产厂商花费大量投资以开发能够成功测试40G系统的技术。

　　在40G系统中，某些测试方法必须完全改变，如对光放大器的测试。通过在每个光纤段的末端对信号进行放大，能保持长距离传输时信号的完整性。在40G系统中，喇曼（Raman）放大将取代早期网络中的许多掺铒光纤放大器（EDFA）。在喇曼放大中，高功率的泵浦激光器通过传输光纤进行连续泵浦，泵浦波长比信道波长短100nm。采用喇曼放大的传输光纤本身就成了一个分布的放大器，因而可以大大提高信噪比。由于传输光纤成了放大器的一部分，使得喇曼放大技术成为传输光开纤开发的一部分，而不仅仅局限于放大器的生产阶段，这就为了测试设备生产厂商提出了一个难题。

　　这个问题的解决方案是在放大器开发阶段试验不同的光纤与泵浦激光器的组合，以验证设计的可靠性。经过验证的设计应当达到这样的效果；只要泵浦激光器在制造环境下通过测试，就能保证它接入到网络中时所形成的喇曼放大器正常工作。而放大器供应商的生产效率又是通过对泵浦元件的关键性测试（如偏振相关损耗）来保证的；生产效率的提高又使成本进一步降低。

　　设备生产厂商非常清楚先将新技术推向市场所带来的利益。目前，他们都在争取赶在其竞争对手之前采用40G技术，以便获得最大的市场份额。

　　技术的发展需要精良的研发工具。要使生产厂商及其客户、运营商以及业务供应商对产品充满信心，就必须拥有相应的测试设备。在构建40G网络时，测试设备非常重要，因为如果没有精确的测试结果作保证，客户将对投资新标准缺乏信心。此外，这些严格的技术指标将会被分配给设备与器件供应商，以保证高产量和低成本。在目前的市场中，收益与生产能力同样重要，确保在生产过程的早期对器件进行全面测试，可以避免在以后更加复杂、关键的装配阶段出现故障。因此，投资于测试设备可以给许多应用带来经济效益。采用最近投入市场的40G测试设备，器件与设备生产厂商更加容易达到目标并激发客户的信心，在2002年大规模推出新的40G网络。

摘自《现代电信科技》2002.9