CC BY
30ВКВО-2023- ВОЛС
ИЗМЕРЕНИЕ ОПТИЧЕСКОГО ОТНОШЕНИЯ СИГНАЛ/ШУМ (OSNR) В ВЫСОКОСКОРОСТНЫХ КОГЕРЕНТНЫХ КАНАЛАХ DWDM ВОСП
Исаева Л.Н. 1, Коган С.С. 2*, Лобзов А.В. 3, Лукиных С.Н. 4
1 Московский технический университет связи и информатики, г. Москва 2 ООО Т8, г. Санкт-Петербург
3 Московский технический университет связи и информатики, г. Москва 4 ООО Т8, г. Санкт-Петербург
*
E-mail: [email protected] DOI 10.24412/2308-6920-2023-6-64-65
Шумы, присущие оптическим линейным усилителям, а также линейные и нелинейные эффекты в линейном тракте систем DWDM ВОСП (Волоконно-Оптические Системы Передачи) ограничивают возможности по передаче высокоскоростных сервисных потоков по каналам оптоволоконных транспортных систем на больше расстояния без промежуточной регенерации, то есть OEO (Opt^al-Electrical-Optical) преобразования. Компенсация потерь в волокне с использованием оптических усилителей EDFA для увеличения дальности передачи приводит к увеличение уровня шума за счет шума спонтанной эмиссии ASE (Amplified Spontaneous Emission). Дальность связи также ограничивают хроматические и поляризационные дисперсионные искажения, а также нелинейные эффекты в ОВ. Важнейшим параметром, характеризующим оптический канал (длину волны) DWDM ВОСП, является оптическое отношение сигнал/шум OSNR (Optical Signal / Noise Ratio), которое равно отношению мощности полезного сигнала к мощности шума в частотном интервале оптического канала. Для оптических каналов 10G, частотный спектр которых меньше, чем шаг сетки частот оптических каналов 50 ГГц или 100 ГГц, использовались внеполосные (out-of-band) методы измерения OSNR без перерыва связи:
• с линейной интерполяцией (представлен в стандарте IEC 61280-2-9) [1],
• с аппроксимацией шумовой характеристики в полосе частот оптического канала (предложен компанией ANRITSU) [2].
Следует отметить, что метод IEC [1] дает только оценку уровня шума в канале путем линейной интерполяции результатов измерения уровней шума на границе частот между соседними каналами. Метод, предложенный компанией ANRITSU [2], отличается тем, что линейная интерполяция заменена на интерполяцию с использованием определенной функциональной зависимости от частоты для уровня шума в частотном интервале данного канала.
Частотный спектр сигналов в когерентных оптических каналах с пропускной способностью 100G и выше (B100G), обычно намного шире, чем частотный спектр сигнала оптического канала 10G. Это означает, что средняя точка между такими соседними каналами больше не состоит исключительно из шума, а скорее из сигнала вместе с шумом. Таким образом, использование внеполосного метода для каналов B100G приведет к завышению оценки уровня шума, а результирующая оценка значения OSNR будет занижена.
Следует также отметить, что внеполосные методы невозможно применить при наличии в ВОСП устройств, изменяющих форму спектра канала. Например, в ВОСП с промежуточными оптическими узлами ввода-вывода каналов типа ROADM, реализованными на основе оптических фильтров, шумы между каналами будут подавлены. Поскольку интерполяция, проведенная по значениям, замеренным между каналами, даст меньшее значение уровня шума в полосе частот измеряемого канала, а результирующая оценка значения OSNR будет завышена.
В приборе OSA ANRITSU MS9740B реализованы оба метода внеполосного (out-of-band) измерения OSNR. Истинное (а не вычисленное) отношение оптического сигнала к шуму дает метод внутриполосного измерения OSNR (in-band) с отключением канала. В этом случае на входе приемника сначала измеряются уровни мощности каналов в WDM групповом сигнале со всеми включенными каналами, а затем уровни мощности для каждого по очереди выключаемого канала (уровни шума). Очевидно, что такой метод нельзя использовать в условиях реального трафика, где даже секундный перерыв в связи чреват огромными потерями для оператора. Для оптических каналов 100G и B100G, частотный спектр которых равен или больше, чем стандартный шаг сетки частот оптических каналов 50 ГГц или 100 ГГц, предложены следующие методы внутриполосного (in-band) измерения OSNR без перерыва связи:
64 №6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023vv» [email protected]
ВКВ0-2023- ВОЛС
• c разделением оптического сигнала по поляризациям OPS (Optical Polarization Splitting), предложенный компанией Viavi Solutions Inc (JDSU) [3];
• c использованием корреляционной зависимости между компонентами сигнала в пределах оптического спектра канала SCorM (Spectral Correlation Method), предложенный компанией Viavi Solutions Inc [4].
Метод OPS позволяет с высокой точностью измерить истинное OSNR всех оптических каналов при любых условиях, независимо от скорости передачи данных и формата модуляции. Он основан на том, что оптический сигнал канала состоит из поляризованного света, тогда как усиленный шум спонтанного излучения (ASE) состоит только из неполяризованного света. Для оценки OSNR используются следующие результаты измерения с использованием OSA:
• сигнал с определенной поляризацией подавлен, а на вход измерителя пропускается только шумовая составляющая;
• сигнал с определенной поляризацией не подавляется, а на вход измерителя пропускается сигнал с определенной поляризацией совместно с шумовой составляющей.
В методе SCorM компании VIAVI (патент США US20160164599 A1) использован тот факт, что спектральные компоненты модулированных сигналов имеют высокую корреляцию, в то время как для спектральных компонентов белого шума корреляция отсутствует. То есть отсчеты дискретных модулированных сигналов заведомо должны коррелировать между собой, в то время как параметры
отсчетов белого шума по определению ни с чем не коррелируют.
-20
■25
в
г -30 i
£ -35 3=
О -40 -45
-30 -20 -10 fc -10 »20 +30 RelalivB Frequency [GHz]
Рис. 1. Измерения OSNR (in-band) по методу SCorM компании Viavi Solutions Inc.
Литература
1. New Standard from IEC: OSNR Measurements. URL: https://www.exfo.com/en/resources/blog/new-iec-standard-osnr-measurements/
2. MS9740B Optical Spectrum Analyzer Operation Manual. URL: https://dl.cdn-anritsu.com/en-au/test-measurement/files/Manuals/Operation-Manual/MS9740B/MS9740B_Operation_Manual_e_1_0.pdf
3. Viavi Solutions Inc (JDSU). WP, How to Measure the True OSNR in ROADM-Based Networks. URL: https://www.synopsys.com/content/dam/synopsys/optical/e-newsletter-pdfs/osnrroadm_wp_lab_tm_ae.pdf
4. Viavi Solutions Inc. Измерение оптического отношения сигнал/шум в когерентных системах с использованием передачи с поляризационным мультиплексированием. URL: https://skomplekt.com/izmerenie-opticheskogo-otnosheniia-signal-shum-viavi-scorm/
№6 2023 СПЕЦВЫПУСК «ФОТОН-ЭКСПРЕСС-НАУКА 2023»
