40G,100G光通信的测试挑战

40G/100G光通信测试挑战BringingOpticaltotheMainstream光信测试挑战HuHaiyangApplicationEngineerAgilentTechnologies2010-10-15©AgilentTechnologies,Inc.2010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矢量高级调制信号产安捷伦N4391A光调制分析仪及应用如何评估星座图信号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©AgilentTechnologies,Inc.20102010年10月15日星期五新应用对带宽的需求高清电视&3D电视英特网高清电视&3D电视HDTV：5x..10x带宽提高3DHDTV：20X带宽提高YouTube,Facebook,Google,Twitter在线游戏WorldofWarcraft,XBox360etc.数字家庭视频点播，IPTV高校研究实验室数据更新速率12倍/数据更新速率1-2倍/s高速数据交换移动设备移动物联网:iPhone,视频无线传输存储网络宽带接入产生新的带宽需求(如数据备份)©AgilentTechnologies,Inc.20010网络进化降低成本–更具竞争力光学集成•光学集成•功率损耗灵活性–光域交换•ROADMs•可调光模块(Transponder)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©AgilentTechnologies,Inc.200103种实现40G/100G通信的途径N4391AMarketMarketsegment50GHz50GHz4光纤/1波长10,20或25Gbit/s速率,On-Off强度调制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1光纤/4波长10,20或25Gbit/s速率,On-Off强度调制©AgilentTechnologies,Inc.20010强度调制偏振复用相位/调制强度调制升级光网络到40G/100G网络由传送（Transport）和传输（Transmission）设备组成网络由传送（Transport）和传输（Transmission）设备组成•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©AgilentTechnologies,Inc.2010光谱利用率问题解决方案:新的调制类型以提高谱利用率©AgilentTechnologies,Inc.2010传输系统色散问题信号各个组成成分色散光频率信号各个组成成分不同时间抵达ν1ν偏振模式色散ν2偏振模式输入脉冲输出脉冲©AgilentTechnologies,Inc.2010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矢量高级调制信号产安捷伦N4391A光调制分析仪及应用如何评估星座图信号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©AgilentTechnologies,Inc.20102010年10月15日星期五什么是数字调制载波I原始信息I0模拟调制的目的是将模拟基带信号转换正模拟调制信号(如CATV信号),通过载波在模拟通带通道发送出去.数字调制是原始信息(如IP流量)转换成数字比特流，通过载波在模拟通带通道发送出去．©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五数字矢量调制Q(quadrature正交相位或者需部)Q(quadrature正交相位，或者需部)(I,Q)I值相位φQ值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：每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每个参数都可以被调制议承载信息Æ矢量端点的位置成为星座点，因此其构成的图为星座图©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五矢量传输QQ切换成下一个矢量10I符号时钟11I传输信号采样点之间的转变IQÆVectorsdefinedbyamplitudeandphaseareseparatedbythetransitionofthetransmissionclock采样点©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五bythetransitionofthetransmissionclock矢量编码信息01Q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０IQ２种符号分别幅度强弱表示１和０I01QBPSK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)!符号仍为２个（分别以相位０/180表示１和０)!QI01Q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符号仍为２个.©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五如何使信息具有更高的传输密度(效率)?001011100101001011110010原始数据流ADBBCCABDDAB可能的符号编码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-asin(ωt+45)01-asin(ωt+135)10-asin(ωt+225)11-asin(ωt+315)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©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五４个符号显示为４个矢量Q(quadrature)100010I(inphase)i(t+45)000111asin(ωt+45)-00asin(ωt+135)-10asin(ωt+225)-01asin(ωt+315)114符号编码１个时钟周期传输２比特asin(ωt+315)-11Æ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©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五传输速率和符号速率数据速率:[bit/s]数据速率:[bit/s]00101110原始数据-8比特ABDB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-不是数据速率富豪速率(波特率)不同于数据速率©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五更多的矢量符号编码QQ00000100001110000001010110111001I00110111111110110010011011111010QAM1616符号每个符号编码４比特QAM1616符号，每个符号编码４比特Æ符号(波特)速率是时钟速率的1/4Savingsinspeedtranslatestosavingsinpower!©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五Savingsinspeedtranslatestosavingsinpower!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矢量高级调制信号产安捷伦N4391A光调制分析仪及应用如何评估星座图信号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©AgilentTechnologies,Inc.20102010年10月15日星期五新的调制技术光强度调制光强度调制强度调制(on-offkeying):广泛使用/调制技术简单/探测容易相位调制相位调制:•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©AgilentTechnologies,Inc.2010I-Q(矢量)调制器QIQIn-phase调制1001Q~~~ΣIQ１１０００１１０π/2IQ1010IQuadrature调制ÆTheI-Q调制器对数据码流进行编码，转换成矢量流©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五ÆTheIQ调制器对数据码流进行编码，转换成矢量流相位调制(光I/Q调制)QQ1001In-phaseI1101IQ1001QPSKSignal光I/Q调制器１１０００１１０0010Iπ/21010QuadratureQI1100QPSKconstellationmap1010IQ1100Signal11000110Æ光I-Q调制器具有何RFI-Q调制器相同的架构ÆQPSK调制信号的符号(波特)速率是时钟速率的1/2©AgilentTechnologies,Inc.201021of37Æ光IQ调制器具有何RFIQ调制器相同的架构偏振复用•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信号可以采用偏振分离方法在接收机分解ÆPDM增加了带宽利用率2倍y-polarizationfrequencyx-polarization©AgilentTechnologies,Inc.201022of37提高带宽利用率112Gb/s光谱50GHzITU通道偏振复用NRZ-QPSKFactorof2fromSinglePoltoPDMNRZ-QPSKFactorof2fromOOKtoQPSKNRZ-QPSKNRZ-OOK-200G-100G0G100G200GOffsetfromCarrierÆ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（50GHzITU通道间隔）系统中传输100Gb/s信号©AgilentTechnologies,Inc.200923of37代价：接收机解调复杂©AgilentTechnologies,Inc.2010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π/2/2移相误差相位噪声通道时延（I和Q路之间）π/2移相误差通道时延（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？©AgilentTechnologies,Inc.200102010年10月15日星期五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？问题2:如何因对偏振复用信号在光纤中传播yyxyxxyxxyy标准单模光纤不会保持偏振态•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PMFÆ如何实现偏振复用信号同步对准?©AgilentTechnologies,Inc.2001026of37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矢量高级调制信号产安捷伦N4391A光调制分析仪及应用如何评估星座图信号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©AgilentTechnologies,Inc.20102010年10月15日星期五新工具:N4391A光调制分析仪90000/X高带宽实时示波器89600VSA矢量信号分析软件矢量信号分析软件相干光接收机集成安捷伦个领域（射频微•相干光接收机•iTLA可调光源(LO)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。©AgilentTechnologies,Inc.2010N4391A光调制分析仪内部结构Spectrum集成化测试仪表:Carrier