２０１４年第４期总第１８４期
光通信研究
ＳＴＵＤＹＯＮＯＰＴＩＣＡＬＣＯＭＭＵＮＩＣＡＴＩＯＮＳ
２０１４．０８
（Ｓｕｍ．Ｎｏ．１８４）
ｄｏｉ：１０．１３７５６／ｊ．ｇｔｘｙｊ．２０１４．０４．０１６光电器件研究与应用１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块ＯＳＮＲ测试研究 杨俊麒，胡毅，邹晖，黄开平
（武汉光迅科技股份有限公司，武汉４３００７４）
摘要：介绍了评估１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块性能的两个指标：接收机ＯＳＮＲ（光信噪比）容限和Ｐｒｅ－ＦＥＣ（纠错前）对应模块最大误码率的ＯＳＮＲ值。前者用于评估光模块硬件和软件算法的总体性能，后者用于评估光模块关闭软件算法后的性能。给出了测试框图，采用积分法
进行测试，需要对测试结果进行校准。该测试方法对其他线路侧光模块的ＯＳＮＲ测试有一定的借鉴作用。
关键词：１００Ｇｂｉｔ／ｓ；光收发模块；光信噪比；纠错前；误码率
中图分类号：ＴＮ２５６文献标志码：Ａ文章编号：１００５－８７８８（２０１４）０４－００５１－０３
ＯＳＮＲｔ＿ｓｔｒ＿ｓ＿［ｒ］ｈｏｎ１００Ｇ＼ｉｔ／ｓｌｉｎ＿ｔｒ［ｎｓｐｏｎ＾＿ｒ
Ｙ［ｎｇＪｕｎｑｉ，ＨｕＹｉ，ＺｏｕＨｕｉ，Ｈｕ［ｎｇＫ［ｉｐｉｎｇ
（ＡｃｃｅｌｉｎｋＴｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓＣｏ．，Ｌｔｄ．，Ｗｕｈａｎ４３００７４，Ｃｈｉｎａ）
Ａ＼ｓｔｒ［］ｔ：Ｔｗｏｐａｒａｍｅｔｅｒｓｆｏｒｅｖａｌｕａｔｉｎｇｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆ１００Ｇｂｉｔ／ｓｌｉｎｅｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ：ｒｅｃｅｉｖｅｒＯｐｔｉｃａｌＳｉｇｎａｌＮｏｉｓｅＲａｔｉｏ（ＯＳＮＲ）ｔｏｌｅｒａｎｃｅａｎｄｐｒｅ－ＦＥＣＯＳＮＲｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｔｏｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｍｏｄｕｌｅＢＥＲ．Ｔｈｅｆｏｒｍｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔ
ｅｔｈｅｏｖｅｒａｌｌｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｌａｔｔｅｒｉｓｕｓｅｄｔｏｅｖａｌｕａｔｅｔｈｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｏｆｔｈｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅａｆｔｅｒｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅａｌｇｏｒｉｔｈｍｉｓｃｌｏｓｅｄ．Ｆｕｒｔｈｅｒｍｏｒｅ，ｔｈｅｔｅｓｔｂｌｏｃｋｉｓｇｉｖｅｎ，ｔｅｓｔｓａｒｅｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅｉｎｔｅｇｒａｌｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｔｏｂｅｃａｌｉｂｒａｔｅｄ．ＴｈｉｓｔｅｓｔｍｅｔｈｏｄｈａｓｃｅｒｔａｉｎｖａｌｕｅｏｆｒｅｆｅｒｅｎｃｅｆｏｒｔｈｅＯＳＮＲｔｅｓｔｓｏｎｏｔｈｅｒｌｉｎｅｏｐｔｉｃａｌｍｏｄｕｌｅｓ．
Ｋ＿ｙｗｏｒ＾ｓ：１００Ｇｂｉｔ／ｓ；ｔｒａｎｓｐｏｎｄｅｒ；ＯＳＮＲ；ｐｒｅ－ＦＥＣ；ＢＥＲ
０引言
近几年，迫于网络流量剧增的压力，国内各运营
商掀起了１００Ｇｂｉｔ／ｓ网络建设的热潮。２０１２年底，
中国移动在完成１００Ｇｂｉｔ／ｓ测试后，率先启动了１００Ｇｂｉｔ／ｓ现网集采，共采购１００Ｇｂｉｔ／ｓ单板１５００块。２０１３年４月，中国电信启动了２０１３年ＤＷＤＭ
（密集波分复用）及ＯＴＮ（光传送网）设备集中采购，投资规模超过３０亿人民币［１］。全球各主要设备及模
块制造商也纷纷推出相关的１００Ｇｂｉｔ／ｓ产品。华为、阿尔卡特朗讯、中兴、烽火、Ｃｉｅｎａ、诺基亚和西门子等
厂商具有１００Ｇｂｉｔ／ｓ传输设备的提供能力，还有一些
厂商能提供１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块。
１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块采用双ＰＭ－
ＱＰＳＫ（偏振复用－正交相移键控）调制方式，利用
成熟的ＤＳＰ（数字信号处理）技术在电域实现ＣＤ（度散）、ＰＭＤ（偏振模散）等信道损伤均衡补偿、偏振解复用、时序恢复、载波相位估计、符号估计
和线性解码。数字相干接收技术使光传输系统具有
足够的ＣＤ容限和ＰＭＤ容限，无需考虑线路传输上
的ＣＤ和ＰＭＤ的影响，能给网络建设和运维带来较
大的好处［２］。
模块遵循《ＭｕｌｔｉｓｏｕｒｃｅＡｇｒｅｅｍｅｎｔｆｏｒ１００ＧＬｏｎｇ－ＨａｕｌＤＷＤＭＴｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎＭｏｄｕｌｅ－ＥｌｅｃｔｒｏＭｅｃｈａｎｉｃａｌ》，即１００Ｇｂｉｔ／ｓ长距离ＤＷＤＭ传输模块多源协议。电接口为１６８ｐｉｎ，符合ＯＴＬ４．１０（光通道传送层）接口的要求。光接口收发都为单纤，速率可达１２８Ｇｂｉｔ／ｓ（包括前向纠错编码冗余）。发射链路包括窄线宽激光器、调制器、驱动器和复用器。接收链路包括本振激光器、相干接收机、ＡＤＣ（模／数转换）＋ＤＳＰ和解复用器等。
１１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块性能的评估
众所周知，接收机ＯＳＮＲ（光信噪比）容限是衡量光收发模块性能的重要指标之一。在《Ｎ×４０Ｇｂｉｔ／ｓ光波分复用（ＷＤＭ）系统技术要求》中，接
收机ＯＳＮＲ容限的定义如下：参考接收机纠错后达
到应用最大误码率（如１Ｅ－１２）时，ＯＴＵ（光传送单元）发送端直接连接到参考接收机时Ｒｎ点可容忍
的最小ＯＳＮＲ值。接收机ＯＳＮＲ容限并不考虑非
线性效应、ＣＤ、ＰＭＤ、ＰＤＬ（偏振相关损耗）、光通道
收稿日期：２０１４－０１－１３
基金项目：国家“九七三”计划资助项目（２０１０ＣＢ３２８３０１）
作者简介：杨俊麒（１９８０－），男，湖北随州人。工程师，硕士研究生，主要研究方向为光通信系统。
５１
光通信研究２０１４年第４期总第１８４期
反射和串扰等效应。参考点Ｒｎ的位置见图１中的椭圆形标记［３］。
图１Ｒｎ参考点的位置
另外，１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块采用基于
软判决和迭代算法的第三代纠错编码技术，其典型
代表为Ｔｕｒｂｏ和ＬＤＰＣ（低密度奇偶校验）编码，编
码增益可达１１ｄＢ以上［４］。由于各厂家采用的纠错
编码算法不一样，所以需要评估发射机／接收机的性
能以便更全面地展现光收发模块的性能。可以用关
闭纠错编码后光收发模块对应最大误码率的ＯＳＮＲ值（以下简称为纠错前ＯＳＮＲ值）来表征光收发模
块发射机／接收机的性能。
也就是说，对于１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块，我们除了需要测试接收机ＯＳＮＲ容限来评估光
收发模块的总体性能（此时ＯＳＮＲ对应的误码率为
１Ｅ－１２）外，还需要测试纠错前ＯＳＮＲ值来评估光收
测试板
发模块发射机／接收机的性能，此时ＯＳＮＲ对应的
误码率为纠错前模块能容忍的最大误码率。
２测试框图
接收机ＯＳＮＲ容限测试框图如图２所示。误
码仪需支持１００Ｇｂｉｔ／ｓＣＦＰ（可插拔）光模块的误码
测试。误码仪发射端帧格式选择为ＯＴＵ４。
１００Ｇｂｉｔ／ｓＣＦＰ模块和１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发
模块都装在测试板上。其中，１００Ｇｂｉｔ／ｓＣＦＰ模块
通过光纤与误码仪相连，通过ＯＴＬ４．１０电接口与１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块相连。
电接口为１０个通道，每个通道的速率为１１．１８Ｇｂｉｔ／ｓ，总速率为１１１．８Ｇｂｉｔ／ｓ。ＣＦＰ输出的ＲＸＭＣＬＫ（接收监控时钟）为３．１２５ＧＨｚ，通过频率变换，转换成６９８．８１２ＭＨｚ的时钟，作为线路侧光收发模块的ＲＥＦＣＬＫ（参考输入时钟），以保证时钟的同步。同样，线
路侧光收发模块输出的ＲＸＭＣＬＫ为６９８．８１２
ＭＨｚ，可直接连到ＣＦＰ模块的ＲＥＦＣＬＫ端。也可
根据测试板的实际情况，在ＲＸＭＣＬＫ和ＲＥＦＣＬＫ
之间增加去抖电路。
图２接收机ＯＳＮＲ容限测试框图线路侧光收发模块的发射信号经过５０ＧＨｚ间
隔合波器后与自发辐射噪声进行耦合。５０ＧＨｚ间
隔合波器可由１００ＧＨｚ间隔合波器和５０ＧＨｚ间隔
梳状滤波器构成。耦合器１输出的信号包含有用信
号和噪声信号，经过光放大器后，可用２／９８或者５／
９５的耦合器２将一小部分光输出到光谱分析仪，另
一部分光输出到光可调衰减器３。光可调衰减器３
的输出经过５０ＧＨｚ间隔的分波器后回到线路侧模
块的输入端。５０ＧＨｚ间隔的分波器由１００ＧＨｚ间
隔的分波器和５０ＧＨｚ间隔的梳状滤波器构成。其中，５０ＧＨｚ间隔的梳状滤波器带宽选择非常重要，需
要尽可能把带外噪声滤除，又不能对信号造成任何
损伤。
５２３测试方法和步骤
采用积分法（也称为关断法）进行Ｏ
ＳＮＲ测试。首先，分别测量一定带宽内信号和噪声的积分功率，两者之差记为信号功率；然后，关掉信号，测量一定带宽内的噪声积分功率，记为噪声功率；信号功率除以噪声功率即为ＯＳＮＲ。该方法由于关闭了当 前测试通路的光源，光放大器的自发辐射噪声谱分布将发生微
小变化，导致ＯＳＮＲ测试值与实际值存在一定偏差，所以需要
偏差校正。
３．１接收机ＯＳＮＲ容限测试步骤
接收机ＯＳＮＲ容限测试步骤如下［５，６］：
（１）调节光可调衰减器３，使线路侧光收发模块
杨俊麒等：１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块ＯＳＮＲ测试研究
接收功率位于正常工作范围。
（２）调节光可调衰减器１和２，使误码仪误码显示为１Ｅ－１２（或临界无误码，观察时间持续２ｍｉｎ以上）。
（３）设置光谱分析仪分辨率带宽＜０．１ｎｍ。
（４）调整光谱分析仪显示带宽，至少＞０．６ｎｍ。将需要测试的通路波长显示在屏幕的中间。
（５）将光标定位于测试通路波长脉冲的峰值处，标记为Ｍａｒｋ１，选择该波长光功率积分带宽为当前通路间隔，记录光功率为Ｐｏｎ（单位：ｍＷ）。
（６）将光标定位于被测通路中心波长－０．３ｎｍ
前ＯＳＮＲ值。
接收机ＯＳＮＲ容限测试需要打开所有的纠错编码，而纠错前ＯＳＮＲ值测试则需要关闭所有的纠错编码。
４结束语
本文主要介绍了评估１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块性能的两个指标：接收机ＯＳＮＲ容限及纠错前ＯＳＮＲ值。前者用于评估模块的总体性能，采用软判决时，接收机ＯＳＮＲ容限为１３ｄＢ（ＢＯＬ生命初期）；采用硬判决时，接收机ＯＳＮＲ容限为
［４］
处，标记为Ｍａｒｋ２，记录光功率为Ｐｏｎ１（单位：ｍＷ）。１４．５ｄＢ（ＢＯＬ）。后者用于评估模块关闭纠错编
（７）将光标定位于被测通路中心波长＋０．３ｎｍ处，标记为Ｍａｒｋ３，记录光功率为Ｐｏｎ２（单位：ｍＷ）。
（８）将当前测试通路的光源关闭，在相同光功率积分带宽下记录光功率值为Ｐｏｆｆ（单位：ｍＷ）。
（９）将光标定位于Ｍａｒｋ２，记录光功率为Ｐｏｆｆ１（单位：ｍＷ）。
（１０）将光标定位于Ｍａｒｋ３，记录光功率为Ｐｏｆｆ２（单位：ｍＷ）。码算法后发射机／接收机的性能。给出了这两个指标的参考测试框图、测试方法和测试步骤。本文为１００Ｇｂｉｔ／ｓ线路侧光收发模块的ＯＳＮＲ测试和性能评估提供了一定的参考，对其他光收发模块的ＯＳ－ＮＲ测试也有一定的借鉴意义。
参考文献：
［１］赵光磊．中国电信１００Ｇ集采开启中国市场全面引领产业发展［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１３－０４－１６）［２０１４－０１－
（１１）根据公式计算校正因子Ｒ，Ｒ＝（Ｐｏｎ１＋Ｐｏｎ２）／（Ｐｏｆｆ１＋Ｐｏｆｆ２）。
（１２）重复步骤（５）～（１０）两次，计算三次Ｒ的平均值Ｒ’。
（１３）将当前测试通路的光源关闭，设置当前测试通路光功率积分带宽为０．１ｎｍ，根据仪表的数字显示记录光噪声功率值为Ｐｎ（单位：ｍＷ）。
（１４）根据公式计算ＯＳＮＲ，ＯＳＮＲ＝１０×ｌｇ｛（Ｐｏｎ－Ｐｏｆｆ）／［（Ｐｎ／２）×Ｒ’］｝。
３．２纠错前ＯＳＮＲ值的测试
测试纠错前ＯＳＮＲ值时，需综合考虑误码仪的误码测试极限和模块能达到的最大误码率。３．１节中步骤（２）应更改为：调节光可调衰减器１和２，使误码仪显示为仪表本身或模块能达到的最大误码率，其他步骤不变，则最终测试得到的结果即为纠错
１００Ｇ
１３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｎｉｉ．ｃｏｍ．ｃｎ／ｂｒｏａｄｂａｎｄ／２０１３－０４／１６／ｃｏｎｔｅｎｔ＿１１２６９４５．ｈｔｍ．
［２］烽火科技．烽火１００Ｇ技术带来传输系统重大变革［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１３－０５－０３）［２０１４－０１－１３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃ－ｆｏｌ．ｎｅｔ／ｎｅｗｓ／２２／２０１３０４／２０１３０４０７１９３４０９．ｈｔｍｌ．
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［４］烽火科技．１００Ｇ传输中的软判决技术［ＥＢ／ＯＬ］．（２０１２－０９－０７）［２０１４－０１－１３］．ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｃｃｔｉｍｅ．ｃｏｍ／ｈｔｍｌ／２０１２－９－７／２０１２９１３１１３３６２８１０＿２．ｈｔｍ．
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５３
