測試40G光網(wǎng)絡(luò)

　　光網(wǎng)絡(luò)的不斷擴展以及技術(shù)的不斷融合導(dǎo)致了數(shù)據(jù)流量的爆炸式增長。為了滿足客戶不斷增長的數(shù)據(jù)傳輸需求，電信公司需要建設(shè)速率更高的骨干網(wǎng)，進(jìn)而產(chǎn)生了對40G（SDH-256或OC-768）光網(wǎng)絡(luò)的需求。這一技術(shù)不僅能提高速率，還能降低數(shù)據(jù)傳輸成本。歷史上，速率每增長4倍都僅引起成本增長2.5倍，降低了每個傳輸比特的成本。如果能夠保持系統(tǒng)的歷史趨勢，將使新技術(shù)的安裝成本降低40％。


　　雖然40G網(wǎng)絡(luò)在許多方面只是時分復(fù)用（TDM）技術(shù)的改進(jìn)，但是其設(shè)備構(gòu)成比過去要復(fù)雜得多，速率增長4倍使設(shè)備出現(xiàn)問題的可能性也增長了4倍，如偏振模式色散。盡管這樣的問題可以在設(shè)備設(shè)計過程中通過諸如安裝自動色散補償器等方式來解決，然而許多新增的復(fù)雜性與更加嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)等問題仍然需要由器件生產(chǎn)廠商來解決。


　　這些新增的復(fù)雜性會限制設(shè)備生產(chǎn)廠商的設(shè)備產(chǎn)量，從而難以降低成本，而低成本是在當(dāng)今經(jīng)濟環(huán)境中獲勝的先決條件。解決方案之一是在盡可能會影響生產(chǎn)線的后續(xù)階段，并對成本帶來更大的影響。例如，40G網(wǎng)絡(luò)中的大部分光無源器件就需要對色散與偏振模式色散進(jìn)行測試，而這種測試在以前是不需要的。這一早期測試保證廠商所選用的器件都是合格的，在將它們組裝設(shè)備時不會影響設(shè)備質(zhì)量，從而保證了廠商的生產(chǎn)效率。
　　40G網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中最重要的改進(jìn)之一是采用了與以往不同的激光調(diào)制編碼。在10Gbit/s或更低速率的系統(tǒng)中，激光調(diào)制通常采用非歸零（NRZ）調(diào)制。NRZ方式使得在傳輸連續(xù)“1”信號時，激光器一直為開狀態(tài)。與之相反，40G長途系統(tǒng)采用歸零（RZ）調(diào)制方式。在這一方式中，即使是傳輸“1”信號，激光器也須開關(guān)一次，在傳輸連續(xù)“1”信號時，激光器必須反復(fù)開關(guān)。因此，不論數(shù)據(jù)碼型如何，都是由一串形狀相同的脈沖來傳輸，只要保證單個脈沖形狀在一定程度上不變，則整個脈沖序列就能夠在幾百公里的傳輸中保持完整。然而，這一方法對測試提出了新的挑戰(zhàn)。


　　測試中采用通常被稱為數(shù)字通信分析儀的高速示波器來分析傳送脈沖眼圖。眼圖是通過將幾千個脈沖波形互相疊加在一起而生成的，眼圖越清晰，比特差錯率（BER）越低。然而，NRZ與RZ激光器產(chǎn)生的眼圖不同。在同樣的速率引，NRZ眼圖的上升沿與下降沿之間具有更長的時間，由于RZ系統(tǒng)是脈沖傳輸，所以總是在上升沿后緊跟著一個下降沿。此外，由于上升沿與下降沿時間間隔非常小（典型值為12ps），因為必須采用帶寬非常寬的數(shù)字通信分析儀來測量高電平（激光器開啟時的光功率）、低電平（激光器關(guān)閉時的光功率）、抖動以及上升與下降時間。


　　由于40G電信號對物理設(shè)計非常敏感，因此大部分設(shè)計采用一個高度集成的模塊，將多個線路的低比特率復(fù)用成最終的40Gbit/s。通常，低速率的線路有16條，每一條線路上速率為2.5Gbit/s，總共對應(yīng)40Gbit/s的帶寬。SFI-5標(biāo)準(zhǔn)可以將17條2.5Gbit/s電信道復(fù)用到一個光信號中以達(dá)到40Gbit/s速率。其中第17條信道用于為各通道同步調(diào)整發(fā)送奇偶信息。這17個2.5Gbit/s電信號在PCB上密集分布，對廠商提出了更嚴(yán)格的要求。為了確保這些模塊在系統(tǒng)中能夠無故障運行，需要對其進(jìn)行BER測試，測試設(shè)備必須能夠發(fā)送16-17個并行的2.5Gbit/s電信號，同時監(jiān)測40Gbit/s光輸出。這一測試確保復(fù)用器的操作能夠以正確的順序輸出正確的數(shù)據(jù)，并且確保解復(fù)用器能夠在接收端執(zhí)行反向操作。對這一技術(shù)更進(jìn)一步的研究表明，實際的傳輸速率比40Gbit/s要高一些，這是由于前向糾錯（FEC）功能引起的。在這一功能中，光纖需要傳送一些附加比特，這些附加比特能對偶爾出現(xiàn)的誤碼進(jìn)行實時校正。業(yè)內(nèi)正在制定的G.709標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了增加8％的開銷以包括這些附加數(shù)據(jù)。盡管傳送的數(shù)據(jù)可能沒有誤碼，但FEC仍然要傳送這些附加數(shù)據(jù)，因而將數(shù)據(jù)速率增加到43.2Gbit/s。因此，為了驗證被測設(shè)備具備這些功能，所有的測試設(shè)備必須與這些傳輸速率相匹配。


　　這就產(chǎn)生了一個悖論：一方面，要開發(fā)40G測試設(shè)備就必須具備40G技術(shù)；另一方面，要驗證40G器件能夠工作，又必須先擁有40G測試設(shè)備。這樣就迫使測試設(shè)備生產(chǎn)廠商花費大量投資以開發(fā)能夠成功測試40G系統(tǒng)的技術(shù)。


　　在40G系統(tǒng)中，某些測試方法必須完全改變，如對光放大器的測試。通過在每個光纖段的末端對信號進(jìn)行放大，能保持長距離傳輸時信號的完整性。在40G系統(tǒng)中，喇曼（Raman）放大將取代早期網(wǎng)絡(luò)中的許多摻鉺光纖放大器（EDFA）。在喇曼放大中，高功率的泵浦激光器通過傳輸光纖進(jìn)行連續(xù)泵浦，泵浦波長比信道波長短100nm。采用喇曼放大的傳輸光纖本身就成了一個分布的放大器，因而可以大大提高信噪比。由于傳輸光纖成了放大器的一部分，使得喇曼放大技術(shù)成為傳輸光開纖開發(fā)的一部分，而不僅僅局限于放大器的生產(chǎn)階段，這就為了測試設(shè)備生產(chǎn)廠商提出了一個難題。


　　這個問題的解決方案是在放大器開發(fā)階段試驗不同的光纖與泵浦激光器的組合，以驗證設(shè)計的可靠性。經(jīng)過驗證的設(shè)計應(yīng)當(dāng)達(dá)到這樣的效果；只要泵浦激光器在制造環(huán)境下通過測試，就能保證它接入到網(wǎng)絡(luò)中時所形成的喇曼放大器正常工作。而放大器供應(yīng)商的生產(chǎn)效率又是通過對泵浦元件的關(guān)鍵性測試（如偏振相關(guān)損耗）來保證的；生產(chǎn)效率的提高又使成本進(jìn)一步降低。


　　設(shè)備生產(chǎn)廠商非常清楚先將新技術(shù)推向市場所帶來的利益。目前，他們都在爭取趕在其競爭對手之前采用40G技術(shù)，以便獲得最大的市場份額。


　　技術(shù)的發(fā)展需要精良的研發(fā)工具。要使生產(chǎn)廠商及其客戶、運營商以及業(yè)務(wù)供應(yīng)商對產(chǎn)品充滿信心，就必須擁有相應(yīng)的測試設(shè)備。在構(gòu)建40G網(wǎng)絡(luò)時，測試設(shè)備非常重要，因為如果沒有精確的測試結(jié)果作保證，客戶將對投資新標(biāo)準(zhǔn)缺乏信心。此外，這些嚴(yán)格的技術(shù)指標(biāo)將會被分配給設(shè)備與器件供應(yīng)商，以保證高產(chǎn)量和低成本。在目前的市場中，收益與生產(chǎn)能力同樣重要，確保在生產(chǎn)過程的早期對器件進(jìn)行全面測試，可以避免在以后更加復(fù)雜、關(guān)鍵的裝配階段出現(xiàn)故障。因此，投資于測試設(shè)備可以給許多應(yīng)用帶來經(jīng)濟效益。采用最近投入市場的40G測試設(shè)備，器件與設(shè)備生產(chǎn)廠商更加容易達(dá)到目標(biāo)并激發(fā)客戶的信心，在2002年大規(guī)模推出新的40G網(wǎng)絡(luò)。


摘自《現(xiàn)代電信科技》2002.9