40G,100G 光通信的测试挑战

40G/100G 光通信测试挑战
Bringing Optical to the Mainstream
© Agilent Technologies, Inc. 2010
Hu Haiyang Application Engineer Agilent Technologies
2010-10-15
内容安排
Æ增加编码的符号的位数可以增加单位时钟周期传送的比特数
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2010年10月15日星期五
４个符号显示为４个矢量
Q (quadrature)
10
00
I (in phase)
01
11
a sin(ωt+45) a sin(ωt+135) a sin(ωt+225) a sin(ωt+315)
Æ矢量端点的位置成为星座点，因此其构成的图为星座图
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2010年10月15日星期五
矢量传输
Q
切换成下一个矢量
10
符号时钟 传输信号
I
11
采样点之间的转变
I
Q
采样点
Æ Vectors defined by amplitude and phase are separated
-> 00 -> 10 -> 01 -> 11
4 符号编码 １个时钟周期传输２比特
Æ其结果是即坐标中一个矢量位置代表２个比特，因此增加了２倍频谱利用率
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传输速率和符号速率
数据速率: [bit/s]
0010 1110
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相位调制(光I/Q调制)
Q
１１０００１１０
In-phase
1001
Quadrature
1010
1
0
0
1
0
1
I
光I/Q调制器
01
Q 11
QPSK Signal
I
π/2
00
10
Q
QPSK constellation map
1
I
I
0
Q
Signal
11
00
01
10
Æ 光I-Q 调制器具有何RF I-Q 调制器相同的架构
BPSK 调制, 信息以成相位编码（幅度不变） 符号仍为２个（分别以相位０/180o表示１和０) !
Q
0
1
I
任意调制 幅度和相位都被调制（发生变化) 符号仍为２个.
Æ 调制幅度和／或相位不意味着相对OOK调制具有更高的传输效率
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代价：接收机解调复杂
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新问题1：光I-Q发射机可能引入的损伤
增益失衡
偏置电压
激光器线宽 相位噪声
通道时延（I和Q路之间） 发射机和接收机之间符号速率的偏离
π/2 π/2移相误差
Æ 这些损伤如何被分析? Æ 这些问题如何影响星座图，并对其产生失真影响? Æ 是否除星座图之外还有附加的工具以便于我们分析和查找问题？
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内容安排
40G/100G的市场需求和挑战 数字调制基础 矢量高级调制信号产生 安捷伦N4391A光调制分析仪及应用
如何评估星座图信号 如何实现偏振复用信号对准 安捷伦针对40G/100G的最新仪表及功能
© Agilent Technologies, Inc. 2010
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2010年10月15日星期五
问题2:如何因对偏振复用信号在光纤中传播
x y
x y
y x
y x
y x
• 标准单模光纤(SMF) 不会保持偏振态(SOP) • 保偏光纤(PMF) 可以保持SOP，但是实际传输链路不会采用PMF
Æ 如何实现偏振复用信号同步对准?
高清电视&3D电视 HDTV：5x..10x带宽提高 3D HDTV： 20X带宽提高 数字家庭 视频点播， IPTV
移动设备 移动物联网: iPhone,
视频无线传输
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英特网 YouTube, Facebook, Google,Twitter
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2010年10月15日星期五
数字矢量调制
Q (quadrature正交相位，或者需部)
I值
(I,Q)
Q值
相位 φ
I (in-phase同相，或者实部)
每一个载波信号可以通过两个参数描述： • 幅度 • 相位
每一个参数都可以被调制议承载信息
传输系统色散问题
光频率
ν 1
ν2
偏振模式
输入脉冲
色散 偏振模式色散
信号各个组成成分 不同时间抵达
输出脉冲
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内容安排
40G/100G的市场需求和挑战 数字调制基础 矢量高级调制信号产生 安捷伦N4391A光调制分析仪及应用
如何评估星座图信号 如何实现偏振复用信号对准 安捷伦针对40G/100G的最新仪表及功能
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I-Q (矢量)调制器
In-phase 调制
1001
Q I
１１０００１１０
~~~
Q
Σ I
π/2
Q
1010
I
Quadrature 调制
Æ The I-Q 调制器对数据码流进行编码，转换成矢量流
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2010年10月15日星期五
内容安排
40G/100G的市场需求和挑战 数字调制基础 矢量高级调制信号产生 安捷伦N4391A光调制分析仪及应用
如何评估星座图信号 如何实现偏振复用信号对准 安捷伦针对40G/100G的最新仪表及功能
原始数据 -> 8 比特
A
B
D
B
符号编码传输４个矢量-> 4 符号 符号速率: [符号/s ]
富豪速率 (波特率) 不同于数据速率
Æ 符号速率或波特率定义为单位时钟周期传输的符速率 - 不是数据速率
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更多的矢量符号编码
1 光纤/ 4 波长 10, 20 或 25Gbit/s速率,
On-Off 强度调制
N4391A Market segment
50 GHz 50 GHz
1 光纤, 192 波长 40/100Gbit/s速率 在ITU-T 标称通道, 偏振复用相位/调制
升级光网络到40G/100G
网络由传送（Transport）和 传输 （Transmission）设备组成
Slicer & decoder Carrier recovery
Equalizer (remove CD and PMD)
Q
0000
0100 0011
1000
0001
0101 1011
1001
I
0011
0111 1111
1011
0010
0110 1111
1010
QAM 16
16 符号，每个符号编码４比特
Æ 符号 (波特) 速率是时钟速率的1/4
Savings in speed translates to savings in power !
2010年10月15日星期五
新工具: N4391A光调制分析仪
89600 VSA 矢量信号分析软件
集成安捷伦 3 个领域（射频微 波、高速数字、光通信） 的 专业技术。
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90000/X 高带宽实时示波器
•相干光接收机 •iTLA 可调光源(LO)
by the transition of the transmission clock
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2010年10月15日星期五
矢量编码信息
Q
01
I
Q
0
1
I
传统的On-Off (OOK) 调制 信息以幅编码（相位不变） ２种符号分别幅度强弱表示１和０
容量/ 速率 – 支持业务流量的不断增加
• 40/100+ Gbps • 高级 / 复杂调制技术
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3种实现40G/100G通信的途径
4光纤/1 波长 10, 20 或25Gbit/s速率,
On-Off 强度调制
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40G/100G的市场需求和挑战 数字调制基础 矢量高级调制信号产生 安捷伦N4391A光调制分析仪及应用
如何评估星座图信号 如何实现偏振复用信号对准 安捷伦针对40G/100G的最新仪表及功能
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2010年10月15日星期五
新应用对带宽的需求
•保留使用: 传送设备- 光纤, EDFAs, ROADMs, etc. •需要升级: 传输设备- 线路卡, Transponders, MUXes 和DEMUXes
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光谱利用率问题
解决方案: 新的调制类型以提高谱利用率
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N4391A光调制分析仪内部结构
集成化测试仪表:
•偏振和相位解调
•快速的平衡光电接收机，支持 > 100G •光学本振 (安捷伦紧凑可调光源)，具有本振输出和外部本振 输入 取决于选件配置)
•光信号高级信号分析处理 (偏振复用,载波相位恢复)
Spectrum
Time Series I/Q plot
如何使信息具有更高的传输密度(效率)?
原始数据流
001011100101001011110010
可能的符号编码
A B D BCCABDDAB
数据码流可以编码为４种符号
如
{ A, B, C, D, ….}
我们可以采用如下的编码规则:
00
->
01
->
10
->பைடு நூலகம்
11
->
a sin(ωt+45) a sin(ωt+135) a sin(ωt+225) a sin(ωt+315)
在线游戏 World of Warcraft, XBox360 etc.
高校研究实验室 数据更新速率 1-2 倍/s 高速数据交换
存储网络 宽带接入产生新的带宽需求(如数据 备份)
网络进化
降低成本 – 更具竞争力
• 光学集成 • 功率损耗
灵活性 – 光域交换
• ROADMs • 可调光模块 (Transponder)
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2010年10月15日星期五
新的调制技术
光强度调制 强度调制 (on-off keying): 广泛使用/调制技术简单/探测容易
相位调制:
•无线通信成熟应用，对于光信号还是新技术 •探测相对较复杂
偏振复用:
•相对比较新的技术 •探测复杂
Æ PDM 增加了带宽利用率 2倍
y-polarization
x-polarization
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frequency
提高带宽利用率
112 Gb/s 光谱
Factor of 2 from SinglePol to PDM Factor of 2 from OOK to QPSK
2©1Aogf i3le7nt Technologies, Inc. 2010
ÆQPSK调制信号的符号 (波 特) 速率是时钟速率的1/2
偏振复用
• 光信号可以被分解为2个正交的偏振态 • 每个偏振态可以独立的承载传输数据（可以将每个偏振态看成虚拟的
传输通道） • 这些信号可以采用偏振分离方法在接收机分解
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2010年10月15日星期五
什么是数字调制
载波
I
原始信息
0
模拟调制的目的是将模拟基带信号转换正模拟调 数字调制是原始信息(如IP流量)转换成数字比 制信号(如CATV信号),通过载波在模拟通带通道发 特流，通过载波在模拟通带通道发送出去． 送出去.
50 GHz ITU通道
偏振复用 NRZ-QPSK NRZ-QPSK
NRZ-OOK
-200G
-100G
0G
100G
200G
Offset from Carrier
Æ 采用先进的调制和偏振复用，可以极大的提高频谱利用率
Æ在现有（ 50 GHz ITU通道间隔 ）系统中传输100 Gb/s 信号
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