關于使用積分法測試OSNR的研究

李彥霞

目前，100G OTN設備在大規模進行商用，在工程驗收中采用的傳統的測試信噪比的方法已無法得到準確的信噪比參數。設備廠家提供的頻譜分析單板也無法準確的在網管上顯示單波信號的信噪比數據，使得工程中測試的標稱信噪比值對工程驗收，后期維護有參考意義，也能準確客觀反映出系統性能。根據信噪比的定義，信號與噪聲的功率比值，采用積分法測試是目前測試100G OTN系統廣泛采用的思路和方法。

一、OSNR的定義

在DWDM系統中，光信號以完全透明的方式進行傳輸，傳輸性能監測只能借助簡單的模擬量，如光功率、OSNR （光信噪比）、中心波長等。其中OSNR能夠比較準確地反映信號質量，并能在一定程度下判斷系統的余量，已成為目前衡量光傳輸系統性能最常用的指標之一。OSNR的定義如下：

其中：Pi是第i個待測通道的信號功率；Ni是等效噪聲帶寬Bm范圍內的噪聲功率；Br是參考帶寬，通常取0.1nm；Bm是噪聲等效帶寬。

二、傳統測試方法

由于之前常用的光傳輸系統為10Gbps或2.5Gbps，且基本都采用NRZ調制碼型。信號本身光譜寬度較小，即使在通道間隔為50GHz的實際傳輸系統里，通道之間光譜串擾非常小，可以忽略不計，這種情況下，0.1nm的信號測量帶寬基本可以包含了傳輸信號幾乎全部功率，因此OSNR的傳統測試方法為0.1nm帶寬內光信號功率和噪聲功率的比值。光信號功率取中心波長平均峰值功率，而噪聲的功率取兩相鄰通路的中間點的功率。

這種以通路間噪聲等效通路內噪聲的測試方法（即帶外噪聲測試法），在10Gbit/s及以下速率NRZ DWDM系統中，可以獲得足夠高的測試精度。

三、傳統測試方法面臨的挑戰

業務需求和技術進步都是無止境的，推動DWDM技術繼續向以下幾個方向發展：

第一，RZ（歸零碼）、相位調制碼等新型調制碼型不斷應用，打破了NRZ（非歸零碼）一統天下的局面；

第二，信道間隔不斷變窄，50 GHz間隔DWDM系統已經大規模商用，25 GHz間隔的超密集波分（UDWDM）系統也已具備商用條件；

第三，單信道傳輸速率不斷提高，40G/100Gbit/s系統進入商用；

第四，ROADM（可重構光上下路節點）的引入實現了光域組網。

這些發展給傳統測試方法帶來了挑戰，主要體現在信號光譜的展寬和重疊、濾波效應破壞噪聲譜等方面。

3.1信號光譜的展寬

不同線路側速率單板的光譜寬度不一樣，即使相同速率的10G業務單板，不同調制碼型的光譜寬度存在一定的差異：RZ光譜寬度大于NRZ。下表是10G，40G和100G信號的-20dBm譜寬。其10GRZ，40G和100G信號的光譜接近或者大于通道間隔0.4nm。

3.2信號光譜的重疊

隨著信道間隔的減小和信號光譜的展寬，相鄰信道信號光譜開始發生重疊。這對以信道間噪聲等效信道內噪聲測試為基本原理的傳統測試方法帶來了挑戰，原因是信道間不僅有噪聲功率，還有部分信號功率，這部分信號功率造成OSNR測試值偏小。

一般來說，采用較小的RBW掃描可以獲得更精細的光譜細節，相鄰信號光譜更容易分辨。例如50GHz間隔的10Gbit/s NRZ調制系統，如果用0.1nm RBW掃描，存在一定的光譜重疊現象，但是將RBW降至0.01 nm，可以得到比較好的信道間隔光譜細節，此時結合積分法，可以獲得比較滿意的OSNR測試結果。

四、解決方案介紹及評估

通過對傳統測試方法進行修正，可以在一定程度上解決信號光譜展寬引發的測試誤差問題。

修正方法一：

信號和噪聲測試使用不同的RBW。測試信號光功率時選擇較大的RBW，保證能夠覆蓋絕大多數信號光，10Gbit/s RZ信號建議采用0.2 nm，40Gbit/s信號可以適當采用更大一點的RBW；測試信道間噪聲光功率時選擇較小的RBW，注意如果RBW<0.1 nm，計算OSNR時需要將噪聲功率換算成0.1 nm等效噪聲帶寬的功率值。

修正方法二：

積分法。采用OSA所能提供的最小RBW掃描待測光譜，用積分的方法計算中心頻率左右Br范圍內的功率為信號功率，信道中間Bm范圍內的功率為噪聲功率，兩者相比得到OSNR。

信號光功率的積分范圍可以取大一點（100 GHz間隔最大可取0.8 nm，50 GHz間隔系統最大可取0.4 nm）；噪聲功率的積分范圍可以取小一點，但是注意最后要換算到0.1 nm內的功率。

五、結論

綜上所述，對于新型DWDM系統，傳統OSNR測試方法面臨了巨大的挑戰，雖然一些修正方案可以在一定程度上提高測試準確性，但是其固有缺陷決定了無法解決信道光譜重疊和濾波器破壞噪聲譜等問題。

信道內噪聲測試法、噪聲功率譜擬合法等在研發和工程實踐中總結出來的替代方法可以在現有儀表條件下獲得更加準確的OSNR測試結果。