高速OC-48 SDH/SONET光收發(fā)模塊的抖動(dòng)

圖1 用示波器和相位檢測(cè)器來測(cè)量抖動(dòng)的實(shí)驗(yàn)裝置

圖2 用多速率SONET/SDH測(cè)試儀來測(cè)量抖動(dòng)產(chǎn)生的裝置

圖3 抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞的測(cè)量裝置


SDH/SONET(同步數(shù)字序列/同步光纖網(wǎng)絡(luò))需要高穩(wěn)定、高精度的同步來處理經(jīng)過網(wǎng)元的數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生的任何相位變化或者說抖動(dòng)都會(huì)惡化傳輸質(zhì)量，提高誤碼率，或者造成數(shù)據(jù)丟失。
所以，理解抖動(dòng)和它對(duì)網(wǎng)絡(luò)性能的影響就變得至關(guān)重要。下面將詳細(xì)討論對(duì)用于SDH/SONET網(wǎng)絡(luò)中的OC-48(2.5Gbps)光收發(fā)模塊的抖動(dòng)測(cè)量方法以及測(cè)試性能。

如何測(cè)量抖動(dòng)
通常抖動(dòng)是用單位間隔(UI)來度量的，一個(gè)UI代表一個(gè)時(shí)鐘周期的相位變化。抖動(dòng)的百分比按下式計(jì)算：
抖動(dòng) = (Tj/T0) x 100%
式中是Tj抖動(dòng)的幅度，T0是時(shí)鐘周期。一個(gè)單位間隔表示100％的抖動(dòng)。在這里需要注意到單位間隔是與比特率無關(guān)的。因此，在不同的速率等級(jí)下，對(duì)網(wǎng)元的抖動(dòng)幅度進(jìn)行比較是可行的。
在沒有施加抖動(dòng)的情況下，一個(gè)SONET/SDH網(wǎng)元的OC-N/STS-N輸出端口的抖動(dòng)就是模塊產(chǎn)生的抖動(dòng)。抖動(dòng)參數(shù)有兩種定義：
●  峰峰抖動(dòng)：測(cè)得的最大抖動(dòng)幅度，
●  均方根抖動(dòng)：抖動(dòng)信號(hào)的均方根值，表征了抖動(dòng)的強(qiáng)度。
對(duì)抖動(dòng)的規(guī)范適用于網(wǎng)元的整個(gè)系統(tǒng)。在OC-48的速率下，Telcordia GR－253標(biāo)準(zhǔn)有關(guān)抖動(dòng)產(chǎn)生的規(guī)范規(guī)定，在使用通帶為12KHz〜20MHz的濾波器時(shí)，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的抖動(dòng)峰峰值小于100 mUIp-p，抖動(dòng)的均方根值小于10 mUIrms。
測(cè)量抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞特性也是需要的。
●  抖動(dòng)容限：靈敏度降低1dB時(shí)，網(wǎng)元OC-N/STS-N輸入端口施加的正弦抖動(dòng)信號(hào)的峰峰幅值。抖動(dòng)容限這個(gè)性能指標(biāo)表征了時(shí)鐘和數(shù)據(jù)恢復(fù)電路(CDR)在有外加抖動(dòng)的情況下正確恢復(fù)輸入比特序列的能力。
●  抖動(dòng)傳遞：在OC-N/STS-N輸出端抖動(dòng)與OC-N/STS-N輸入端抖動(dòng)的比值隨頻率的變化關(guān)系。抖動(dòng)傳遞函數(shù)按下式計(jì)算：
抖動(dòng)傳遞函數(shù)= 20log (輸出抖動(dòng)/輸入抖動(dòng))
式中輸出和輸入抖動(dòng)用單位間隔(UI)來表示，抖動(dòng)傳遞用分貝(dB)表示。抖動(dòng)傳遞可以與增益函數(shù)類比，-dB和+dB分別表示該網(wǎng)元會(huì)衰減和放大抖動(dòng)。網(wǎng)元能否通過抖動(dòng)容限和抖動(dòng)傳遞性能測(cè)試直接取決于CDR電路中鎖相環(huán)(PLL)的帶寬。

現(xiàn)有的測(cè)試方法
三種最常用的抖動(dòng)測(cè)試裝置采用示波器、相位檢測(cè)器或者專用SONET/SDH抖動(dòng)分析儀。每種測(cè)試技術(shù)都有其優(yōu)點(diǎn)和不足。測(cè)試抖動(dòng)的兩種最主要的儀器是：能產(chǎn)生定量抖動(dòng)的信號(hào)源和能精確測(cè)量抖動(dòng)的檢測(cè)器。為確保對(duì)測(cè)試結(jié)果的正確分析，需要理解以上每種儀器的限制因素。
使用示波器進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)試的一個(gè)典型配置如圖1所示。這種技術(shù)依賴于無抖動(dòng)的觸發(fā)信號(hào)源。觸發(fā)信號(hào)中的任何抖動(dòng)都會(huì)影響結(jié)果的可靠性。這種方法還有其局限，它所能測(cè)量的抖動(dòng)被限制在一個(gè)單位間隔(UI)。如果被測(cè)量的抖動(dòng)超過一個(gè)單位間隔就會(huì)導(dǎo)致眼圖完全閉合。此外，如果測(cè)量帶寬較大，意味著噪聲電平通常很高，而且不能提取任何頻譜信息，示波器的使用也受限制。
圖1也顯示了基于相位檢測(cè)器的測(cè)量方案。它比較從網(wǎng)元恢復(fù)出的時(shí)鐘信號(hào)和無抖動(dòng)的時(shí)鐘源，其輸出與恢復(fù)時(shí)鐘信號(hào)的抖動(dòng)成正比。通過恰當(dāng)?shù)膸V波器，可以測(cè)量抖動(dòng)的大小。它消除了示波器技術(shù)的限制。然而，它也有其局限，只能工作在特定數(shù)據(jù)率下并需要外部濾波器。
測(cè)量SONET/SDH抖動(dòng)的理想技術(shù)是采用抖動(dòng)特性分析儀。通過光接口，一種便攜式多速率的SONET/SDH測(cè)試儀可以測(cè)量高至2.5Gb/s網(wǎng)元的抖動(dòng)性能。發(fā)射機(jī)采用寬帶鎖相環(huán)產(chǎn)生一個(gè)定量抖動(dòng)，基于很窄帶寬鎖相環(huán)的接收機(jī)可以精確測(cè)量輸入信號(hào)的抖動(dòng)大小。

OC-48模塊的抖動(dòng)測(cè)試
可以使用安裝在不同參考設(shè)計(jì)板上的兩個(gè)不同的OC-48光收發(fā)模塊來展示OC-48模塊的抖動(dòng)測(cè)量。第一個(gè)光收發(fā)模塊是工作于1300nm波長的雙工SC 2 x9光模塊。第二個(gè)光收發(fā)模塊是工作于1300nm波長的LC 2x10微型光纜連接器模塊。這兩個(gè)參考設(shè)計(jì)板包括已商用化的復(fù)用器、解復(fù)用器和時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)電路，因此，代表了實(shí)際系統(tǒng)級(jí)測(cè)試中可以達(dá)到的水平。
為了精確測(cè)量抖動(dòng)，需要對(duì)抖動(dòng)分析儀進(jìn)行正確的配置。發(fā)射機(jī)和接受機(jī)都被設(shè)置成工作在2.5Gb/s的速率下，采用STS-48C(級(jí)聯(lián)幀)模式和223-1偽隨機(jī)碼序列作為負(fù)荷。這種負(fù)荷有最多的低頻分量從而可以產(chǎn)生大量的碼型相關(guān)抖動(dòng)。多速率SONET/SDH測(cè)試儀使用了內(nèi)置的光功率計(jì)；接收機(jī)的功率過載為-8dBm，超出該值會(huì)造成對(duì)接收機(jī)的損害。誤碼分析儀的輸出窗口的量程為-40〜0dBm?？梢詣澐譃槿齻€(gè)范圍：
●  超出范圍： 當(dāng)光功率在這個(gè)范圍時(shí)，不能進(jìn)行測(cè)量。
●  誤碼率：當(dāng)光功率在這個(gè)范圍內(nèi)，只能精確測(cè)量誤碼率，
●  誤碼率和抖動(dòng)： 當(dāng)光功率在這個(gè)范圍內(nèi)時(shí)，可以精確測(cè)量抖動(dòng)。
因?yàn)楣忪`敏度會(huì)影響測(cè)量結(jié)果，當(dāng)進(jìn)行抖動(dòng)測(cè)量的時(shí)候，接收到的光功率必須保持在“誤碼率和抖動(dòng)”這個(gè)范圍。
抖動(dòng)產(chǎn)生
如圖2所示，抖動(dòng)產(chǎn)生可以用1300nm 2x9 OC-48的收發(fā)模塊來測(cè)量。其中集成了能提供STS－48接口的SONET/SDH 復(fù)用器/解復(fù)用器。在這種測(cè)試裝置中，不同的電時(shí)鐘和數(shù)據(jù)都被注入解復(fù)用器。8比特的并行數(shù)據(jù)被復(fù)用成串行信號(hào)，然后差分輸出并交流耦合到光發(fā)射機(jī)。光輸出通過一個(gè)光衰減器連接到分析儀的接收機(jī)，接收到的光功率設(shè)置成-14dBm。
為了讓分析儀接收到有效OC-48幀格式的信號(hào)并確保是在真實(shí)業(yè)務(wù)量下進(jìn)行測(cè)量，有必要加載STS-48C碼型到碼型發(fā)生器。
為了符合Telcordia GR－253，用帶通濾波器來測(cè)量抖動(dòng)產(chǎn)生。在圖2中使用了一個(gè)通帶為12kHz〜20MHz的帶通濾波器。所有的抖動(dòng)產(chǎn)生測(cè)試需要持續(xù)至少1分鐘。對(duì)參考設(shè)計(jì)來說，抖動(dòng)產(chǎn)生性能為：峰峰抖動(dòng)：71mUI p-p，均方根抖動(dòng)：7 mUI rms。
很重要的是，抖動(dòng)有很多潛在的產(chǎn)生根源，既有線路板的影響，亦有復(fù)用器，解復(fù)用器，收發(fā)模塊和線路板布局等。
抖動(dòng)容限測(cè)量。用1300nm 2x10 OC-48 SFF收發(fā)模塊和參考設(shè)計(jì)板可以測(cè)量抖動(dòng)容限。評(píng)估參考設(shè)計(jì)板集成了帶有STS-48接口的SONET/SDH復(fù)用器/解復(fù)用器芯片和一個(gè)能支持STS-3/-12/-48或者千兆以太網(wǎng)的多速率時(shí)鐘數(shù)據(jù)恢復(fù)芯片。
圖3給出了一種抖動(dòng)容限的測(cè)量裝置。多速率SONET/SDH測(cè)試儀的發(fā)射機(jī)產(chǎn)生一個(gè)OC-48光信號(hào)，通過衰減器與OC-48 SFF接收機(jī)連接。接收到的信號(hào)通過時(shí)鐘數(shù)據(jù)芯片進(jìn)行恢復(fù)，然后用復(fù)用器/解復(fù)用器芯片進(jìn)行復(fù)用和解復(fù)用。STS-48電輸出信號(hào)驅(qū)動(dòng)收發(fā)模塊的發(fā)射機(jī)。OC-48收發(fā)模塊的接收機(jī)的輸出功率被設(shè)置為比接收靈敏度大1dBm。
抖動(dòng)傳遞測(cè)量。在抖動(dòng)傳遞測(cè)量之前，有必要先對(duì)儀器進(jìn)行內(nèi)部校準(zhǔn)。多速率SONET/SDH測(cè)試儀經(jīng)過光衰減器在光上環(huán)回，輸入光功率被設(shè)置為-14dBm。在校準(zhǔn)過程中，接收機(jī)測(cè)量到的抖動(dòng)與發(fā)射機(jī)產(chǎn)生的抖動(dòng)進(jìn)行相關(guān)。