使用I-PMD進(jìn)行無擾在線PMD測量

寬帶需求迫使服務(wù)提供商不斷升級(jí)其網(wǎng)絡(luò)，以為客戶提供速度更快、質(zhì)量更佳的應(yīng)用和服務(wù)。光纖網(wǎng)絡(luò)設(shè)施上過多的色散會(huì)限制這些高速傳輸系統(tǒng)的性能和運(yùn)行可靠性。一項(xiàng)需要測試以確保這些系統(tǒng)達(dá)到最優(yōu)性能的基本參數(shù)是偏振模色散(PMD)。光纖鏈路中的PMD一直是服務(wù)提供商關(guān)注的焦點(diǎn)，原因在于通過它可以了解是否能夠升級(jí)傳輸系統(tǒng)以支持更高比特率的信號(hào)。因此，要驗(yàn)證給定光纖鏈路是否能夠支持傳輸速率的提升，就需要測量差分群時(shí)延(DGD)的平均值，即我們所說的PMD。

PMD的隨機(jī)性對(duì)在有限波長范圍內(nèi)通過一次測量測定DGD均值的精度形成了基本限制。這些限制對(duì)數(shù)值很小的DGD均值影響尤為嚴(yán)重，而這樣小的DGD均值在將鏈路升級(jí)為2.5、10或40Gb/s(即幾個(gè)ps)時(shí)將得到更多的關(guān)注。不確定性可以通過在較長時(shí)間內(nèi)進(jìn)行重復(fù)測試得以改善。因此，測試儀器須能進(jìn)行長期的PMD監(jiān)測，以實(shí)現(xiàn)DGD均值的時(shí)間平均。

JDSU公司研發(fā)了一種可在現(xiàn)場部署的測試儀器，其采用非干擾的方法測量一段光纖鏈路的PMD，同時(shí)，該鏈路可保持正常的在線工作。該儀器分析傳輸信號(hào)的偏振態(tài)，通過每個(gè)傳輸信號(hào)中的偏振變量的頻率依賴性測定光纖鏈路的DGD均值。

這種測試儀器不僅可用于光纖鏈路質(zhì)量認(rèn)證，還可用于排除那些表現(xiàn)出過高誤碼率的波長通道的故障。

傳統(tǒng)的PMD測量

光纖的PMD通常是通過將專用測試信號(hào)注入鏈路的一端，在另一端分析所引起的以光頻率為函數(shù)的偏振變化而測量得到。然后通過對(duì)各個(gè)光頻率上測量到的瞬時(shí)DGD值進(jìn)行平均得到鏈路的DGD均值。最常用的現(xiàn)場PMD分析儀在發(fā)射端使用一個(gè)寬譜光源，并在接收端對(duì)其進(jìn)行分析(見圖1)。但是，要進(jìn)行這樣的測量，整個(gè)光纖鏈路必須退出服務(wù)——數(shù)據(jù)傳輸要么被中斷，要么被重新路由到一條備用鏈路上。這種傳統(tǒng)方案僅適用于“暗”光纖鏈路或“無光”光纖鏈路。

圖1：被測光纖網(wǎng)絡(luò)必須中斷服務(wù)，以便分析插入的測試信號(hào)。

傳統(tǒng)的測試方法難以在現(xiàn)代ROADM網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用，因?yàn)闇y試信號(hào)的光譜分量可能被路由到許多方向。因此必須為在線鏈路中的PMD測量提供非干擾的測試技術(shù)，并且能夠測量獨(dú)立的DWDM(密集波分復(fù)用)通道(見圖2)。

圖2：測試信號(hào)的光譜分量可能被路由到不同地點(diǎn)。

DGD與等效DGD

雖然光纖鏈路中的DGD均值一般是將各個(gè)光頻率處測得的瞬時(shí)DGD取平均值獲得，但其也可由固定光頻率的DGD變化的時(shí)間平均值得出，或者由時(shí)間平均值和頻率平均值的組合得到。此外，DGD甚至無需直接測量，而是通過測量等效DGD(DGDeff)得到。DGDeff定義為斯托克斯空間中PMD矢量分量的幅度，其與光信號(hào)的發(fā)射偏振態(tài)或偏振態(tài)(SOP)矢量正交(見圖3)。

圖3：各種狀態(tài)的PMD與SOP矢量對(duì)比。上：當(dāng)信號(hào)的發(fā)射偏振態(tài)正交于主偏振態(tài)(PSP)時(shí)，DGDeff等于瞬時(shí)DGD(Δτ)；中：當(dāng)發(fā)射偏振態(tài)與PMD矢量平行時(shí)，無偏振旋轉(zhuǎn)，DGDeff直接消失；下：在其他情況下，若發(fā)射偏振態(tài)與PMD矢量形成角??，則DGDeff=Δτsin?。

DGDeff與DGD的關(guān)系表示為：

事實(shí)上，DGDeff表示PMD對(duì)信號(hào)損傷的極精確的測量。DGD均值與DGDeff,均值(時(shí)域和/或頻域的平均)相關(guān)。人們對(duì)DGDeff,的統(tǒng)計(jì)分布極為了解(瑞利概率密度函數(shù)(PDF))，且其平均值與DGD均值成正比(見圖4)。

圖4： DGD Δτeff與DGD Δτ的統(tǒng)計(jì)分布。

因此，光纖鏈路中的DGD均值可由傳輸光信號(hào)中等效DGD的現(xiàn)場測量進(jìn)行估算。

與傳統(tǒng)技術(shù)相比，這種方法的優(yōu)勢在于光信號(hào)的發(fā)射偏振態(tài)可以是任意的，無需進(jìn)行控制或掃描。

無擾的在線PMD測量

JDSU的I-PMD創(chuàng)新測試方案用于測量DWDM信號(hào)中的等效DGD并獲取PMD值。其可以對(duì)在線系統(tǒng)中的新DWDM通道進(jìn)行定性分析(測量C波段內(nèi)通道的功率水平、OSNR及PMD；測試正在運(yùn)行的在線網(wǎng)絡(luò)；使用2.5/10/40Gb/s或更高速率通道中傳輸?shù)脑诰€真實(shí)信號(hào))；排除那些具有高誤碼率(BER)的異常光通道的故障(測量信號(hào)所經(jīng)歷的等效DGD；測量傳輸信號(hào)的帶內(nèi)OSNR；與測量的BER相關(guān)聯(lián))；以及將DWDM系統(tǒng)升級(jí)至更高的比特率(對(duì)信號(hào)所經(jīng)歷的DGD進(jìn)行長期測量；繪制每個(gè)DWDM信號(hào)的DGD隨時(shí)間變化的圖)。

圖5為儀器的原理示意圖。光纖鏈路中分流的光信號(hào)首先通過一個(gè)掃描偏振變換器，然后由偏振分束器(PBS)分離為兩個(gè)正交偏振分量(以下我們稱其為TE和TM)。

圖5：JDSU無擾PMD分析儀的功能框圖。

這兩個(gè)分量再分別與掃描本地振蕩激光器(LO)發(fā)出的輸出光混合，LO在整個(gè)C波段內(nèi)以超過100GHz/ms的速度及小于GHz的精度進(jìn)行調(diào)節(jié)。相干差拍信號(hào)通過一對(duì)平衡光電二極管進(jìn)行檢測，并在電氣放大和低通濾波到幾百M(fèi)Hz帶寬后，注入兩個(gè)RF功率檢波器，由此產(chǎn)生兩個(gè)信號(hào)PRF-TE和PRF-TM，它們?cè)贚O激光頻率?大約為幾百M(fèi)Hz的帶寬內(nèi)與兩個(gè)正交偏振態(tài)的光功率成正比。這兩個(gè)信號(hào)在本地振蕩器頻率在被測信號(hào)的頻譜范圍內(nèi)調(diào)整的過程中被記錄下來。測試在偏振變換器的各種設(shè)置下重復(fù)進(jìn)行。

為了測量給定信號(hào)中的等效DGD，我們選擇頻率掃描時(shí)出于以下考慮：在信號(hào)頻譜的中心，P(RF-TE)=P(RF-TM)；δP(RF-TM)/δν(和δ(RF-TE)/δν)為最大值。在這些條件下可直接計(jì)算DGDeff。用PLO表示LO的功率，θ(ν)表示變換的輸入偏振態(tài)與斯托克斯空間內(nèi)TE態(tài)之間的夾角，P Signal (ν)表示頻率為?時(shí)信號(hào)的功率，我們得出

并且DGDeff在信號(hào)中心頻率處與θ(ν)相對(duì)于θ(ν)的導(dǎo)數(shù)成正比，即