单端测试色度色散和偏振模色散的新方法

发布时间：2020-02-12 22:16:12 阅读：次来源：塑料盒厂家

如今的网络中，在城域网大量部署ROADM，10Gbit/s甚至40Gbit/s传输系统也得到越来越广泛的使用。所有这些新技术的部署以及若干其他市场因素，正对现有网络及维护产生巨大的挑战。但在如今竞争激烈的行业背景下，资本开支(CAPEX)和运营开支(OPEX)是网络服务提供商成功与否的关键因素。

随着网络速率的提高，色散将成为越来越受关注的问题。所谓的色散即色度色散(CD)和偏振模色散(PMD)，由于它们对高速传输的影响，需要对CD和PMD进行较以往更频繁的定期测量。但是，由于色散测试本身的复杂性，仪表成本和测试成本越来越成为业界关注的问题。市场需要一种全新的技术，能够低成本、更快速、更有效的方法，精确地测试这两类色散。

基于这样的一种考虑，我们设计了一种全新的可以单端进行完全色散测试即偏振模色散和色度色散的测试方法。这种方法可以降低CAPEX（一台测试仪器而非两台）和OPEX（一名技术人员而非两名，节省人力物力）。尽管市面上有一些单端CD分析仪，但这些分析仪的精确性通常较差。迄今为止，在市场上也没有看到单端PMD分析仪。

毫无疑问，市场需要一种仪器，能够单端精确地测量CD和PMD，这就是EXFO公司推出的FTB-5700单端色散分析仪。

色度色散的测试

1．类似OTDR的方法

几年以前，单端色度色散测量方式引入业界，这种方式无需远端放置测试装置或需要另一端技术人员配合。在节省第2台测试仪器的同时，这种方法也有着若干众所周知的缺陷：

* 很难获得理想的测试结果

色散是不同波长下信号延迟随波长的变化率。使用OTDR的测试方法是通过测试一定数量不同波长信号的延迟，然后按照行业标准定义的特定数学模型，将那些点进行数学拟合，得到色散的测试结果。

传统的OTDR测试的问题是，对于某些光纤类型（包括G.652和G.655光纤）使用5-term Sellmeier公式进行数学拟合，这需要5个已知数据点以进行解析并拟合，而实际上基于技术和成本的考虑，OTDR一般只有4个波长，即4个已知的数据点，从而导致不精确的计算结果，所以目前采用OTDR的方法测试通常不给出色散的精度指标。同时值得一提的是，这个方法与目前标准的兼容方面的考虑，例如最常见的G.655光纤ITU建议的拟合波长范围是1530nm至1625nm，G.652建议的拟合波长范围是1500nm至1625nm（而一般OTDR则将1310nm或1410nm作为拟合点）。

* 当今网络的复杂性

如果网络使用不只一种类型的光纤（如混合光纤或具有色散补偿光纤的情形），总色散不能通过5-term Sellmeier这样的简单公式进行模型化，由于精确的CD值是若干拟合公式叠加的结果（具有不同类型的光纤），因此这也令计算更为复杂。在这种情况下，4个数据点的限制更不切合实际。

* 动态范围：不同波长下的衰减不同而导致的测试距离限制

1310nm的衰减大约超过1550nm衰减50%。因此，在相同的动态范围情况下，1310nm的实际测试距离比1550nm测试距离短33%。在所有熔接和连接器都完好的情况下，使用1310nm数据点的OTDR最可能在大约80km处丢失数据点。

而实际的网络需要更远的测试距离。实际上，对于10Gbit/s传输，CD主要在80km和更远的距离时产生问题。因此在使用传统的OTDR方法时，往往会丢失1个数据点（将仅剩下3个数据点），无法使用之前的拟合的方法，因此会导致测试精确度下降。

* 关于“免费OTDR”

使用传统的OTDR测试的一个表面上的好处是具有一款“免费”的OTDR。但是这个好处是值得商榷的。CD测试要求DFB激光器（窄线宽），而高质量的OTDR却使用法布里-珀罗激光器（宽的线宽）。窄线宽会导致测试中的严重的干涉问题，大大影响OTDR性能，比如CD功能的OTDR的盲区将比普通OTDR大的多。

如今的网络对OTDR规格的要求很高，即事件盲区低于1m，衰减盲区低于5m。多数情况下免费OTDR不能够满足这些要求。

2．我们改进的方法

针对传统方法测试点少的问题我们采用可调激光器的方法，可调激光器光源覆盖S、C和L频带（波长范围150nm），原理如图1所示。

在测试过程中，首先预估光纤的长度和链路衰减。然后，沿着光纤发送8个间距相同的信号，波长的选择是根据光纤的实际衰减而进行优化。

* 实际的测试点数是8个，而不是传统的4个点，所以可以保证不同类型的光纤的测试，例如对于需要5-term公式拟合的光纤（最少需要5个测试点），甚至在包括几种光纤类型混连的情形。

* 由于仅对光纤末端进行测试，并且每个波长具有充足的动态范围（可调式激光器能自动选择针对径距损耗进行了优化的8个波长），因此测试更加快速并且每个波长更为精确。

偏振模色散的测试

偏振模色散测试通常需要两端（发送端和接收端）配合进行，这是EXFO最擅长的领域之一。实际上，EXFO在1996年首先提出基于干涉测量的便携式PMD分析仪；2000年，EXFO提出用于器件PMD测试的Poincare方法；2003年，公司又提出基于GINTY（通用干涉测量分析）的PMD测试模块，这是迄今为止最强大的端到端现场测试模块。

众所周知，PMD是涵盖所有波长和/或所有偏振状态(SOP)的平均延迟。如上所述，我们的可调激光器光源覆盖了S、C和L频带，提供极宽的波长范围。因此，通过在随机偏振状态下同时发送两个间距非常接近的波长并监控其各自的延迟，我们可以获得本地时延差。

在可调激光器调谐范围的几种波长和不同SOP（通过偏振扰频器生成）下重复该过程，可以获得平均延迟，亦即PMD。因此，本地时延差就是在间隔接近的随机波长对与随机SOP之间的实际测量。在实际的测试中，我们对400多对波长时延差进行平均，从而得到PMD的值。

因此，在CD部分所描述的EXFO可调式反射仪中，我们为每个不同的波长进行绕偏，生成随机偏振态，同时在返回路径上添加了偏振分束器，这样便将一台CD分析仪变成了一台具有PMD测试能力的分析仪。

结论

针对目前对于完全的色散（偏振模色散和色度色散）的测试需求，我们开发了FTB-5700是单端集成式色散分析仪。该仪器能够同时测量PMD和CD，并具有以下优势：由于不需要两队技术人员双端配合测试，缩短了测试周期，提高了测试效率，并降低了CAPEX和OPEX。

此外，单个设备意味着使用人员只需学习使用一个软件，因此简化了培训流程，并将人为错误减小到最低。其输出也是一个完整的测试文件，而非需要在稍后重新组合以生成测试报告的两个独立文件。

此外，在仪表的一个接口上就可以完成完全的色散测试，从而避免频繁地断开和连接光纤，这不仅提高了效率，同时也避免光纤连接过程中潜在的问题，统计表明超过75%的光网络问题是由于连接器污损引起的。