关于使用积分法测试OSNR的研究

李彦霞

目前，100G OTN设备在大规模进行商用，在工程验收中采用的传统的测试信噪比的方法已无法得到准确的信噪比参数。设备厂家提供的频谱分析单板也无法准确的在网管上显示单波信号的信噪比数据，使得工程中测试的标称信噪比值对工程验收，后期维护有参考意义，也能准确客观反映出系统性能。根据信噪比的定义，信号与噪声的功率比值，采用积分法测试是目前测试100G OTN系统广泛采用的思路和方法。

一、OSNR的定义

在DWDM系统中，光信号以完全透明的方式进行传输，传输性能监测只能借助简单的模拟量，如光功率、OSNR （光信噪比）、中心波长等。其中OSNR能够比较准确地反映信号质量，并能在一定程度下判断系统的余量，已成为目前衡量光传输系统性能最常用的指标之一。OSNR的定义如下：

其中：Pi是第i个待测通道的信号功率；Ni是等效噪声带宽Bm范围内的噪声功率；Br是参考带宽，通常取0.1nm；Bm是噪声等效带宽。

二、传统测试方法

由于之前常用的光传输系统为10Gbps或2.5Gbps，且基本都采用NRZ调制码型。信号本身光谱宽度较小，即使在通道间隔为50GHz的实际传输系统里，通道之间光谱串扰非常小，可以忽略不计，这种情况下，0.1nm的信号测量带宽基本可以包含了传输信号几乎全部功率，因此OSNR的传统测试方法为0.1nm带宽内光信号功率和噪声功率的比值。光信号功率取中心波长平均峰值功率，而噪声的功率取两相邻通路的中间点的功率。

这种以通路间噪声等效通路内噪声的测试方法（即带外噪声测试法），在10Gbit/s及以下速率NRZ DWDM系统中，可以获得足够高的测试精度。

三、传统测试方法面临的挑战

业务需求和技术进步都是无止境的，推动DWDM技术继续向以下几个方向发展：

第一，RZ（归零码）、相位调制码等新型调制码型不断应用，打破了NRZ（非归零码）一统天下的局面；

第二，信道间隔不断变窄，50 GHz间隔DWDM系统已经大规模商用，25 GHz间隔的超密集波分（UDWDM）系统也已具备商用条件；

第三，单信道传输速率不断提高，40G/100Gbit/s系统进入商用；

第四，ROADM（可重构光上下路节点）的引入实现了光域组网。

这些发展给传统测试方法带来了挑战，主要体现在信号光谱的展宽和重叠、滤波效应破坏噪声谱等方面。

3.1信号光谱的展宽

不同线路侧速率单板的光谱宽度不一样，即使相同速率的10G业务单板，不同调制码型的光谱宽度存在一定的差异：RZ光谱宽度大于NRZ。下表是10G，40G和100G信号的-20dBm谱宽。其10GRZ，40G和100G信号的光谱接近或者大于通道间隔0.4nm。

3.2信号光谱的重叠

随着信道间隔的减小和信号光谱的展宽，相邻信道信号光谱开始发生重叠。这对以信道间噪声等效信道内噪声测试为基本原理的传统测试方法带来了挑战，原因是信道间不仅有噪声功率，还有部分信号功率，这部分信号功率造成OSNR测试值偏小。

一般来说，采用较小的RBW扫描可以获得更精细的光谱细节，相邻信号光谱更容易分辨。例如50GHz间隔的10Gbit/s NRZ调制系统，如果用0.1nm RBW扫描，存在一定的光谱重叠现象，但是将RBW降至0.01 nm，可以得到比较好的信道间隔光谱细节，此时结合积分法，可以获得比较满意的OSNR测试结果。

四、解决方案介绍及评估

通过对传统测试方法进行修正，可以在一定程度上解决信号光谱展宽引发的测试误差问题。

修正方法一：

信号和噪声测试使用不同的RBW。测试信号光功率时选择较大的RBW，保证能够覆盖绝大多数信号光，10Gbit/s RZ信号建议采用0.2 nm，40Gbit/s信号可以适当采用更大一点的RBW；测试信道间噪声光功率时选择较小的RBW，注意如果RBW<0.1 nm，计算OSNR时需要将噪声功率换算成0.1 nm等效噪声带宽的功率值。

修正方法二：

积分法。采用OSA所能提供的最小RBW扫描待测光谱，用积分的方法计算中心频率左右Br范围内的功率为信号功率，信道中间Bm范围内的功率为噪声功率，两者相比得到OSNR。

信号光功率的积分范围可以取大一点（100 GHz间隔最大可取0.8 nm，50 GHz间隔系统最大可取0.4 nm）；噪声功率的积分范围可以取小一点，但是注意最后要换算到0.1 nm内的功率。

五、结论

综上所述，对于新型DWDM系统，传统OSNR测试方法面临了巨大的挑战，虽然一些修正方案可以在一定程度上提高测试准确性，但是其固有缺陷决定了无法解决信道光谱重叠和滤波器破坏噪声谱等问题。

信道内噪声测试法、噪声功率谱拟合法等在研发和工程实践中总结出来的替代方法可以在现有仪表条件下获得更加准确的OSNR测试结果。