高速OC-48 SDH/SONET光收發模塊的抖動測量

高速OC-48 SDH/SONET光收發模塊的抖動測量


圖1 用示波器和相位檢測器來測量抖動的實驗裝置

圖2 用多速率SONET/SDH測試儀來測量抖動產生的裝置

圖3 抖動容限和抖動傳遞的測量裝置


SDH/SONET(同步數字序列/同步光纖網絡)需要高穩定、高精度的同步來處理經過網元的數據。網絡產生的任何相位變化或者說抖動都會惡化傳輸質量，提高誤碼率，或者造成數據丟失。
所以，理解抖動和它對網絡性能的影響就變得至關重要。下面將詳細討論對用于SDH/SONET網絡中的OC-48(2.5Gbps)光收發模塊的抖動測量方法以及測試性能。

如何測量抖動
通常抖動是用單位間隔(UI)來度量的，一個UI代表一個時鐘周期的相位變化。抖動的百分比按下式計算：
抖動 = (Tj/T0) x 100%
式中是Tj抖動的幅度，T0是時鐘周期。一個單位間隔表示100％的抖動。在這里需要注意到單位間隔是與比特率無關的。因此，在不同的速率等級下，對網元的抖動幅度進行比較是可行的。
在沒有施加抖動的情況下，一個SONET/SDH網元的OC-N/STS-N輸出端口的抖動就是模塊產生的抖動。抖動參數有兩種定義：
●  峰峰抖動：測得的最大抖動幅度，
●  均方根抖動：抖動信號的均方根值，表征了抖動的強度。
對抖動的規范適用于網元的整個系統。在OC-48的速率下，Telcordia GR－253標準有關抖動產生的規范規定，在使用通帶為12KHz〜20MHz的濾波器時，網絡設備的抖動峰峰值小于100 mUIp-p，抖動的均方根值小于10 mUIrms。
測量抖動容限和抖動傳遞特性也是需要的。
●  抖動容限：靈敏度降低1dB時，網元OC-N/STS-N輸入端口施加的正弦抖動信號的峰峰幅值。抖動容限這個性能指標表征了時鐘和數據恢復電路(CDR)在有外加抖動的情況下正確恢復輸入比特序列的能力。
●  抖動傳遞：在OC-N/STS-N輸出端抖動與OC-N/STS-N輸入端抖動的比值隨頻率的變化關系。抖動傳遞函數按下式計算：
抖動傳遞函數= 20log (輸出抖動/輸入抖動)
式中輸出和輸入抖動用單位間隔(UI)來表示，抖動傳遞用分貝(dB)表示。抖動傳遞可以與增益函數類比，-dB和+dB分別表示該網元會衰減和放大抖動。網元能否通過抖動容限和抖動傳遞性能測試直接取決于CDR電路中鎖相環(PLL)的帶寬。

現有的測試方法
三種最常用的抖動測試裝置采用示波器、相位檢測器或者專用SONET/SDH抖動分析儀。每種測試技術都有其優點和不足。測試抖動的兩種最主要的儀器是：能產生定量抖動的信號源和能精確測量抖動的檢測器。為確保對測試結果的正確分析，需要理解以上每種儀器的限制因素。
使用示波器進行抖動測試的一個典型配置如圖1所示。這種技術依賴于無抖動的觸發信號源。觸發信號中的任何抖動都會影響結果的可靠性。這種方法還有其局限，它所能測量的抖動被限制在一個單位間隔(UI)。如果被測量的抖動超過一個單位間隔就會導致眼圖完全閉合。此外，如果測量帶寬較大，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器的測量方案。它比較從網元恢復出的時鐘信號和無抖動的時鐘源，其輸出與恢復時鐘信號的抖動成正比。通過恰當的帶通濾波器，可以測量抖動的大小。它消除了示波器技術的限制。然而，它也有其局限，只能工作在特定數據率下并需要外部濾波器。
測量SONET/SDH抖動的理想技術是采用抖動特性分析儀。通過光接口，一種便攜式多速率的SONET/SDH測試儀可以測量高至2.5Gb/s網元的抖動性能。發射機采用寬帶鎖相環產生一個定量抖動，基于很窄帶寬鎖相環的接收機可以精確測量輸入信號的抖動大小。

OC-48模塊的抖動測試
可以使用安裝在不同參考設計板上的兩個不同的OC-48光收發模塊來展示OC-48模塊的抖動測量。第一個光收發模塊是工作于1300nm波長的雙工SC 2 x9光模塊。第二個光收發模塊是工作于1300nm波長的LC 2x10微型光纜連接器模塊。這兩個參考設計板包括已商用化的復用器、解復用器和時鐘數據恢復電路，因此，代表了實際系統級測試中可以達到的水平。
為了精確測量抖動，需要對抖動分析儀進行正確的配置。發射機和接受機都被設置成工作在2.5Gb/s的速率下，采用STS-48C(級聯幀)模式和223-1偽隨機碼序列作為負荷。這種負荷有最多的低頻分量從而可以產生大量的碼型相關抖動。多速率SONET/SDH測試儀使用了內置的光功率計；接收機的功率過載為-8dBm，超出該值會造成對接收機的損害。誤碼分析儀的輸出窗口的量程為-40〜0dBm。可以劃分為三個范圍：
●  超出范圍： 當光功率在這個范圍時，不能進行測量。
●  誤碼率：當光功率在這個范圍內，只能精確測量誤碼率，
●  誤碼率和抖動： 當光功率在這個范圍內時，可以精確測量抖動。
因為光靈敏度會影響測量結果，當進行抖動測量的時候，接收到的光功率必須保持在“誤碼率和抖動”這個范圍。
抖動產生
如圖2所示，抖動產生可以用1300nm 2x9 OC-48的收發模塊來測量。其中集成了能提供STS－48接口的SONET/SDH 復用器/解復用器。在這種測試裝置中，不同的電時鐘和數據都被注入解復用器。8比特的并行數據被復用成串行信號，然后差分輸出并交流耦合到光發射機。光輸出通過一個光衰減器連接到分析儀的接收機，接收到的光功率設置成-14dBm。
為了讓分析儀接收到有效OC-48幀格式的信號并確保是在真實業務量下進行測量，有必要加載STS-48C碼型到碼型發生器。
為了符合Telcordia GR－253，用帶通濾波器來測量抖動產生。在圖2中使用了一個通帶為12kHz〜20MHz的帶通濾波器。所有的抖動產生測試需要持續至少1分鐘。對參考設計來說，抖動產生性能為：峰峰抖動：71mUI p-p，均方根抖動：7 mUI rms。
很重要的是，抖動有很多潛在的產生根源，既有線路板的影響，亦有復用器，解復用器，收發模塊和線路板布局等。
抖動容限測量。用1300nm 2x10 OC-48 SFF收發模塊和參考設計板可以測量抖動容限。評估參考設計板集成了帶有STS-48接口的SONET/SDH復用器/解復用器芯片和一個能支持STS-3/-12/-48或者千兆以太網的多速率時鐘數據恢復芯片。
圖3給出了一種抖動容限的測量裝置。多速率SONET/SDH測試儀的發射機產生一個OC-48光信號，通過衰減器與OC-48 SFF接收機連接。接收到的信號通過時鐘數據芯片進行恢復，然后用復用器/解復用器芯片進行復用和解復用。STS-48電輸出信號驅動收發模塊的發射機。OC-48收發模塊的接收機的輸出功率被設置為比接收靈敏度大1dBm。
抖動傳遞測量。在抖動傳遞測量之前，有必要先對儀器進行內部校準。多速率SONET/SDH測試儀經過光衰減器在光上環回，輸入光功率被設置為-14dBm。在校準過程中，接收機測量到的抖動與發射機產生的抖動進行相關。■