橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
日期：2025-05-02 18:27
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摘要：橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用，在測試WDM(包括CWDM和DWDM)系統過程中，OSNR(光信噪比)是一個反映系統性能的重要指標，那么光譜儀的分辨率對OSNR的結果有著怎么樣的影響？如何去正確選擇合適的分辨率？
橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
今天我們來聊聊光通信中測試WDM的小技巧，以及如何充分發揮光譜儀在其中的作用。隨著5G前傳的定型，傳統波分復用器廠家和新進的模塊廠家對于CWDM/DWDM（稀疏波分復用/密集波分復用）多通道的光譜測試要求越來越高了。而隨著DWDM的廣泛應用，通信系統的傳輸容量得到了極大的提高，這也是光通信發展的主要方向。
在測試WDM(包括CWDM和DWDM)系統過程中，OSNR(光信噪比)是一個反映系統性能的重要指標，那么光譜儀的分辨率對OSNR的結果有著怎么樣的影響？如何去正確選擇合適的分辨率？
首先我們來看下OSNR的計算方法，根據IEC規范，可以由以下公式獲得：
可以看出，能否準確計算出OSNR的關鍵就取決于OSA獲得每個信道的Pi(信號功率)與Ni(噪聲功率)的精度了，Bm是測量時光譜儀分辨率，Br是歸一化噪聲帶寬通常為0.1nm。**測量Pi與Ni，決勝于光譜分析儀(以下簡稱OSA)的分辨率！
由于現在DWDM的信道間隔越來越窄、調制速率越來越高，對于OSNR的準確測量就變得越來越困難。為了**測量一個調制信號的功率，需要一個比較寬的分辨率帶寬的濾波器，而這種濾波器的垂直邊緣必須非常陡峭，才能正確捕獲信號的調制帶的功率，又不受相鄰信道信號的干擾。如圖1所示。
橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
舉一個實測的例子：一個1552.4nm的DFB-LD經過10Gbit/s NRZ調制后的信號作為測試源。下圖2可以看出，在測試該信號功率時，*好使用200pm(0.2nm)以上的分辨率。如果減小實際分辨率，信號功率測量誤差就會增大。
橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
同時我們利用光譜儀測試不同分辨率下對應的光譜，圖3可以看到，只有光譜儀的分辨率窗口大于調制信號的譜寬時，調制信號的功率才可以得到保證，否則功率偏低。然而，在信道間隔很窄的系統中，如果選擇分辨率太大又會導致相鄰信道的信號疊加，不能分辨出噪聲，因此分辨率又不能調得過大，需要瞻前顧后。
▲ 圖3
例如在25GHz信道間隔的DWDM系統中，信道間隔只有200pm，如果此時設置分辨率為200pm，那么就不能有效地分辨出每個信道了，這里我們用不同分辨率測試一下對應的光譜，如圖4所示，分辨率小了之后才能分辨每個信道。
▲圖4：不同分辨率下測到的10Gbit/s NRZ,
25GHz Ultra DWDM系統的功率譜曲線
表1 對調制信號功率測量時的OSA(AQ6370D)分辨率推薦設置
OSA
建議設置（實際分辨率）
100GHz間隔, 10Gbit/s NRZ系統
50GHz間隔, 10Gbit/s NRZ系統
25Ghz間隔,10Gbit/s NRZ系統
AQ6370D
0.5nm(358pm)
0.2nm(143pm)
0.2nm(143pm)
以上是關于信道信號功率的測試。如開頭說講，OSNR還跟噪聲功率有著密不可分的關系，接下來我們來看如何進行噪聲測試會比較合理。
在進行信道間噪聲功率譜密度測量時，需要光譜儀具有比較窄的分辨率帶寬和陡峭的垂直邊緣，要求光譜儀有足夠大的動態范圍，這樣被測的噪聲光中沒有夾雜著信號的成分。圖5顯示了OSA分辨率帶寬與動態范圍對噪聲功率的影響。
▲圖5
但是，OSA規范中“功率精度”和“功率平坦度”兩項指標也受分辨率影響，AQ6370D分辨率設置大于0.05nm以上時，可以保證精度和平坦度。對于噪聲功率測量，應當使用能夠保證功率精度的分辨率設置，這樣才能保證整體的測試精度。
表2，測試噪聲功率時OSA的分辨率推薦設置
*1 超出保證功率精度的分辨率
然而細心的朋友們可能發現了，測試功率和測試噪聲時，所使用的分辨率是不一致的，測量信號功率分辨率需要大一點，而測量噪聲功率分辨率需要小一點，這兩者是否矛盾，用一臺光譜儀測試難道就只能保證其一？
其實不然，橫河AQ6370D有一個針對這項測試設計的功能，“雙曲線掃描功能Dual Trace Function”，這可以使一臺AQ6370D可以用不同的分辨率分別去計算信號功率和噪聲功率，從而獲得OSNR的準確結果，我們只需要掃描兩條曲線即可。如圖6，黃色曲線Trace A讀取信號功率，紅色曲線Trace B讀取噪聲功率。
▲圖6 AQ6370D中“Dual Trace”功能的分析舉例
Dual Trace功能可以在ANALYSIS2-WDM-Parameter setting設置，圖7。
▲圖7
選擇分辨率高、動態范圍大的光譜儀對于準確分析DWDM的OSNR至關重要，AQ6370D的0.02nm的*高分辨率以及大于78dB的動態范圍，就可以有效地對信號光與噪聲光的功率進行準確測量，再結合正確的設置，可以確保OSNR的分析結果，是DWDM系統測量的理想選擇。
注：本文所述基于實驗系統進行測量，測量條件或測試能力會根據實際情況有所不同。
當使用以上設置進行實際測量時，根據系統的動態啁啾、色度色散、調制格式等情況，測量結果會有差異，需要重新設置測試條件。
今天我們來聊聊光通信中測試WDM的小技巧，以及如何充分發揮光譜儀在其中的作用。隨著5G前傳的定型，傳統波分復用器廠家和新進的模塊廠家對于CWDM/DWDM（稀疏波分復用/密集波分復用）多通道的光譜測試要求越來越高了。而隨著DWDM的廣泛應用，通信系統的傳輸容量得到了極大的提高，這也是光通信發展的主要方向。
在測試WDM(包括CWDM和DWDM)系統過程中，OSNR(光信噪比)是一個反映系統性能的重要指標，那么光譜儀的分辨率對OSNR的結果有著怎么樣的影響？如何去正確選擇合適的分辨率？
首先我們來看下OSNR的計算方法，根據IEC規范，可以由以下公式獲得：
可以看出，能否準確計算出OSNR的關鍵就取決于OSA獲得每個信道的Pi(信號功率)與Ni(噪聲功率)的精度了，Bm是測量時光譜儀分辨率，Br是歸一化噪聲帶寬通常為0.1nm。**測量Pi與Ni，決勝于光譜分析儀(以下簡稱OSA)的分辨率！
由于現在DWDM的信道間隔越來越窄、調制速率越來越高，對于OSNR的準確測量就變得越來越困難。為了**測量一個調制信號的功率，需要一個比較寬的分辨率帶寬的濾波器，而這種濾波器的垂直邊緣必須非常陡峭，才能正確捕獲信號的調制帶的功率，又不受相鄰信道信號的干擾。如圖1所示。
橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
舉一個實測的例子：一個1552.4nm的DFB-LD經過10Gbit/s NRZ調制后的信號作為測試源。下圖2可以看出，在測試該信號功率時，*好使用200pm(0.2nm)以上的分辨率。如果減小實際分辨率，信號功率測量誤差就會增大。
橫河AQ6370D光譜儀在測試WDM的巧妙應用
同時我們利用光譜儀測試不同分辨率下對應的光譜，圖3可以看到，只有光譜儀的分辨率窗口大于調制信號的譜寬時，調制信號的功率才可以得到保證，否則功率偏低。然而，在信道間隔很窄的系統中，如果選擇分辨率太大又會導致相鄰信道的信號疊加，不能分辨出噪聲，因此分辨率又不能調得過大，需要瞻前顧后。
▲ 圖3
例如在25GHz信道間隔的DWDM系統中，信道間隔只有200pm，如果此時設置分辨率為200pm，那么就不能有效地分辨出每個信道了，這里我們用不同分辨率測試一下對應的光譜，如圖4所示，分辨率小了之后才能分辨每個信道。
▲圖4：不同分辨率下測到的10Gbit/s NRZ,
25GHz Ultra DWDM系統的功率譜曲線
表1 對調制信號功率測量時的OSA(AQ6370D)分辨率推薦設置
OSA
建議設置（實際分辨率）
100GHz間隔, 10Gbit/s NRZ系統
50GHz間隔, 10Gbit/s NRZ系統
25Ghz間隔,10Gbit/s NRZ系統
AQ6370D
0.5nm(358pm)
0.2nm(143pm)
0.2nm(143pm)
以上是關于信道信號功率的測試。如開頭說講，OSNR還跟噪聲功率有著密不可分的關系，接下來我們來看如何進行噪聲測試會比較合理。
在進行信道間噪聲功率譜密度測量時，需要光譜儀具有比較窄的分辨率帶寬和陡峭的垂直邊緣，要求光譜儀有足夠大的動態范圍，這樣被測的噪聲光中沒有夾雜著信號的成分。圖5顯示了OSA分辨率帶寬與動態范圍對噪聲功率的影響。
▲圖5
但是，OSA規范中“功率精度”和“功率平坦度”兩項指標也受分辨率影響，AQ6370D分辨率設置大于0.05nm以上時，可以保證精度和平坦度。對于噪聲功率測量，應當使用能夠保證功率精度的分辨率設置，這樣才能保證整體的測試精度。
表2，測試噪聲功率時OSA的分辨率推薦設置
*1 超出保證功率精度的分辨率
然而細心的朋友們可能發現了，測試功率和測試噪聲時，所使用的分辨率是不一致的，測量信號功率分辨率需要大一點，而測量噪聲功率分辨率需要小一點，這兩者是否矛盾，用一臺光譜儀測試難道就只能保證其一？
其實不然，橫河AQ6370D有一個針對這項測試設計的功能，“雙曲線掃描功能Dual Trace Function”，這可以使一臺AQ6370D可以用不同的分辨率分別去計算信號功率和噪聲功率，從而獲得OSNR的準確結果，我們只需要掃描兩條曲線即可。如圖6，黃色曲線Trace A讀取信號功率，紅色曲線Trace B讀取噪聲功率。
▲圖6 AQ6370D中“Dual Trace”功能的分析舉例
Dual Trace功能可以在ANALYSIS2-WDM-Parameter setting設置，圖7。
▲圖7
選擇分辨率高、動態范圍大的光譜儀對于準確分析DWDM的OSNR至關重要，AQ6370D的0.02nm的*高分辨率以及大于78dB的動態范圍，就可以有效地對信號光與噪聲光的功率進行準確測量，再結合正確的設置，可以確保OSNR的分析結果，是DWDM系統測量的理想選擇。
注：本文所述基于實驗系統進行測量，測量條件或測試能力會根據實際情況有所不同。
當使用以上設置進行實際測量時，根據系統的動態啁啾、色度色散、調制格式等情況，測量結果會有差異，需要重新設置測試條件。