Hansjoerg Haisch
安捷伦科技（德国）公司
当设计一个通讯系统时现有的系统集成商和元件制造商所共同困扰的问题是传输系统的性能。成功的通讯系统能够以尽可能低的成本和最大的传输距离实现信息比特的传输。光链路中的每一个光器件均会对光通信系统中的光信号产生影响，然而，仅仅知道系统中每一个单独元件的性能，就要精确确定系统的性能是远远不够的，可以说是很难的。
在过去，设计工程师们依赖两种途径来确定系统的性能：构造原型系统或者纯粹地依赖系统模拟来假设每一个元件的运作情况。构造系统原型的方法因其成本高昂而通常不会被采用，而系统模拟由于并不精确也不能获得可靠的结果，因此人们一直在寻找一种成本低廉且又测量精确的测量方案。
将元件测量和系统模拟联合起来可以确定系统的临界性能参数，而且这种方法无需器件模型，同时又去除由纯粹模拟引起的参数不确定性。这将使那些工程师专注于解决常常存在的隐患，加快产品研发速度。同时这种方法将测量和模拟集合在一起，从而帮助系统制造商们使用相同的设备快速地评估一个元件对系统整体设计的影响，而无须购买元件或者建造相关的原型。结果将大大缩短设计周期，制定出严密的系统规格，从而减少工程安装时间，减少成本，增加产品竞争力。而这种从元件数据测量到系统性能模拟的能力可以确保设计者们详细说明元件与系统性能的关系，而不是一味地说明纯粹的端对端特性。这将增加元件的价值并且可以更容易地将新的系统推向市场。例如，制造商们现在可以用数据显示的方式来了解色散补偿模块如何将色散损失最小化的，这比以前利用一个群时延波纹图像来描述要精确的多。又或者，制造商们可以详细描述一个千兆以太收发器在给定光纤色散值窗口时的比特误码损失，取代了先前仅仅描述Gbit/s调制下的光谱展宽。
传输系统环境中的真实光元件和模块的模拟行为
即使是最好的性能模拟模型在预测真实环境中元件的精确参数时仍有其局限性。这主要是由于元件制造工艺的不确定性引起的，这种不确定性使得人们很难精确预知任何一个被给予的器件的物理性能。实际上，人们在系统模型中更多地采用真实器件的已测参数。
例如，发射器件的时间分辨（time-resolved）啁啾管理可精确了解每位比特的时间振幅（temporal amplitude）以及发射频率响应。这些数据可以确保发射频率的变化——如众所周知的发射器啁啾——不会引起传输通道色散的相互作用，从而避免脉冲失真以及不同标识之间干涉效应（ISI）。那些完美的无源和放大元件的损耗/增益参数往往是结合强大的色散工具实现的。由此可以认为这些可以（uncompromized）精确测量损耗和色散的全光参数测试是人们所必需的。除此之外，当损耗和色散经常对偏振敏感时，这些特性也必须通过测量才能推导出。
在传输链路的另一端，精确的接收器频率响应会有助于脉冲整形。先进的接收器设计也有助于对色散效应进行一定的补偿。
接口元件的测量以及系统模拟
将系统模拟和元件测量整合在一起将为元件和系统制造商提供一个强有力的设计和验证工具，可以帮助他们缩短和减少设计周期。直接接口元件和系统模拟工具与测试系统一起使用将会改进模型验证工作，缩短设计和原型加工周期（见图1）。模拟信号和子系统的行为有助于减少原型数量，而且省略了代价高昂的，消耗大量时间的系统测试工作。
图一：交叉式设计工艺将测试与模拟整合在一起
举例而言，一个光通讯系统制造商，可能要求他的元件供应商提供一个高速系统设计所需的色散罚值（dispersion penalty）。按照惯例，为了满足这种需求，元件供应商需要建立一个完整的系统原型。或者系统制造商们可以增加系统设计的余地，对元件设计要求更加地严格。不过这两种方法都会导致整体系统成本的增加。
为系统模拟提供测量数据的适当接口是十分必要的；无论如何，当元件测量作为模拟工作的一部分而受到控制时，存在着一定的好处。这种好处可以在使用标准软件界面进行模拟时改变元件的性能和状态。譬如，在一个特定系统链路里，色散补偿器或发射器消光比的设定值都可以调节到恰当的补偿值，在这里EOP(eye-opening penalty)或误码率都被作为有价值数字来计算的。
应用实例：10G激光发射器的色散罚值
当前常用的色散罚值的测量方法都需要耗费大量时间，且工序非常繁琐。现在我们举的例子是如何测量发射器色散罚值（TDP），这是一个描述IEEE 802.3ae 10GbE标准激光发射器的性能参数，该参数可以无须经过繁琐漫长的比特误码率测量（BER）就可被确定。正常情况下如果要对TDP进行直接测量只需两次BER测试，一次需要在一个参考接收器配置色散通道，一次不需要，这当中BER值的输入范围从10-4到10-11。
在这里的色散罚值计算（DPC）采用的是86146B DPC，一种高性能的光谱分析仪，同时结合了86100B Infiniium数字通讯分析仪宽带示波器。这些分析仪可以测量发射器的时间分辨啁啾（TRC），将振幅和啁啾数据一起输入色散罚值计算模块中。
图2：比特模式（绿色）以及啁啾（蓝色，左）和alpha因子（右）
在这个例子里，一个10Gb/s电吸收调制独立激光器模块可以工作在一个基准点，提供一个正α因子（1.38 rad）。图2a显示了10G调制信号的比特模式和啁啾情况。时间/功率与α因子相关，可以由时间啁啾数据导出：
α因子描绘的是瞬时啁啾，K1因子反映了啁啾隔热要素。图2b显示了一个电吸收调制器的标准α因子参数，在这里α因子随着电压的增大而减少，两者呈反比关系。
在上述工作环境中，一个低于2dB的色散罚值对于一条色散窗口为350 ps/nm的局部色散补偿链路来说可以接受的，
应用实例：一个光纤布拉格色散补偿模块的系统退化
我们举的第二个例子演示了如何利用VPI系统公司的TransmissionMaker系统性能模拟软件以及安捷伦的81910A全光参数分析仪来研究系统因元件参数改变所带来的影响。获得的信息将有助于优化元件的设计，实现其市场推广的目标。安捷伦的81910A可以测量所有的光元件参数，如插入损耗，PDL, GD，DGD，CD以及PMD等。
在这个例子里，评估的是一个光纤布拉格光栅（FBG）色散补偿模块（DCM）的系统性能。一个40Gb/s发射器的输出受到FBG-DCM的预先补偿，接着在通过一个长度可调的S-SMF。通过利用EOP来计算评估系统性能，用无噪音放大器来将发射和接受信号功率设定在相同数值上。
现在我们做一简单总结，无论是元件制造商还是系统集成商都会从这种集系统模拟和器件测量于一体的技术中受益，这种技术将在集成设计以及验证方案省去制造商们大量工作。将独立的器件测量与适当的系统模拟结合起来将有助于减少制造测试时间，简化研发工序，缩短设计周期，并最终强化系统的性能。
摘自 光纤新闻网