高速OC-48 SDH/SONET光收发模块的抖动

图1 用示波器和相位检测器来测量抖动的实验装置

图2 用多速率SONET/SDH测试仪来测量抖动产生的装置

图3 抖动容限和抖动传递的测量装置


SDH/SONET(同步数字序列/同步光纤网络)需要高稳定、高精度的同步来处理经过网元的数据。网络产生的任何相位变化或者说抖动都会恶化传输质量，提高误码率，或者造成数据丢失。
所以，理解抖动和它对网络性能的影响就变得至关重要。下面将详细讨论对用于SDH/SONET网络中的OC-48(2.5Gbps)光收发模块的抖动测量方法以及测试性能。

如何测量抖动
通常抖动是用单位间隔(UI)来度量的，一个UI代表一个时钟周期的相位变化。抖动的百分比按下式计算：
抖动 = (Tj/T0) x 100%
式中是Tj抖动的幅度，T0是时钟周期。一个单位间隔表示100％的抖动。在这里需要注意到单位间隔是与比特率无关的。因此，在不同的速率等级下，对网元的抖动幅度进行比较是可行的。
在没有施加抖动的情况下，一个SONET/SDH网元的OC-N/STS-N输出端口的抖动就是模块产生的抖动。抖动参数有两种定义：
●  峰峰抖动：测得的最大抖动幅度，
●  均方根抖动：抖动信号的均方根值，表征了抖动的强度。
对抖动的规范适用于网元的整个系统。在OC-48的速率下，Telcordia GR－253标准有关抖动产生的规范规定，在使用通带为12KHz〜20MHz的滤波器时，网络设备的抖动峰峰值小于100 mUIp-p，抖动的均方根值小于10 mUIrms。
测量抖动容限和抖动传递特性也是需要的。
●  抖动容限：灵敏度降低1dB时，网元OC-N/STS-N输入端口施加的正弦抖动信号的峰峰幅值。抖动容限这个性能指标表征了时钟和数据恢复电路(CDR)在有外加抖动的情况下正确恢复输入比特序列的能力。
●  抖动传递：在OC-N/STS-N输出端抖动与OC-N/STS-N输入端抖动的比值随频率的变化关系。抖动传递函数按下式计算：
抖动传递函数= 20log (输出抖动/输入抖动)
式中输出和输入抖动用单位间隔(UI)来表示，抖动传递用分贝(dB)表示。抖动传递可以与增益函数类比，-dB和+dB分别表示该网元会衰减和放大抖动。网元能否通过抖动容限和抖动传递性能测试直接取决于CDR电路中锁相环(PLL)的带宽。

现有的测试方法
三种最常用的抖动测试装置采用示波器、相位检测器或者专用SONET/SDH抖动分析仪。每种测试技术都有其优点和不足。测试抖动的两种最主要的仪器是：能产生定量抖动的信号源和能精确测量抖动的检测器。为确保对测试结果的正确分析，需要理解以上每种仪器的限制因素。
使用示波器进行抖动测试的一个典型配置如图1所示。这种技术依赖于无抖动的触发信号源。触发信号中的任何抖动都会影响结果的可靠性。这种方法还有其局限，它所能测量的抖动被限制在一个单位间隔(UI)。如果被测量的抖动超过一个单位间隔就会导致眼图完全闭合。此外，如果测量带宽较大，意味着噪声电平通常很高，而且不能提取任何频谱信息，示波器的使用也受限制。
图1也显示了基于相位检测器的测量方案。它比较从网元恢复出的时钟信号和无抖动的时钟源，其输出与恢复时钟信号的抖动成正比。通过恰当的带通滤波器，可以测量抖动的大小。它消除了示波器技术的限制。然而，它也有其局限，只能工作在特定数据率下并需要外部滤波器。
测量SONET/SDH抖动的理想技术是采用抖动特性分析仪。通过光接口，一种便携式多速率的SONET/SDH测试仪可以测量高至2.5Gb/s网元的抖动性能。发射机采用宽带锁相环产生一个定量抖动，基于很窄带宽锁相环的接收机可以精确测量输入信号的抖动大小。

OC-48模块的抖动测试
可以使用安装在不同参考设计板上的两个不同的OC-48光收发模块来展示OC-48模块的抖动测量。第一个光收发模块是工作于1300nm波长的双工SC 2 x9光模块。第二个光收发模块是工作于1300nm波长的LC 2x10微型光缆连接器模块。这两个参考设计板包括已商用化的复用器、解复用器和时钟数据恢复电路，因此，代表了实际系统级测试中可以达到的水平。
为了精确测量抖动，需要对抖动分析仪进行正确的配置。发射机和接受机都被设置成工作在2.5Gb/s的速率下，采用STS-48C(级联帧)模式和223-1伪随机码序列作为负荷。这种负荷有最多的低频分量从而可以产生大量的码型相关抖动。多速率SONET/SDH测试仪使用了内置的光功率计；接收机的功率过载为-8dBm，超出该值会造成对接收机的损害。误码分析仪的输出窗口的量程为-40〜0dBm。可以划分为三个范围：
●  超出范围： 当光功率在这个范围时，不能进行测量。
●  误码率：当光功率在这个范围内，只能精确测量误码率，
●  误码率和抖动： 当光功率在这个范围内时，可以精确测量抖动。
因为光灵敏度会影响测量结果，当进行抖动测量的时候，接收到的光功率必须保持在“误码率和抖动”这个范围。
抖动产生
如图2所示，抖动产生可以用1300nm 2x9 OC-48的收发模块来测量。其中集成了能提供STS－48接口的SONET/SDH 复用器/解复用器。在这种测试装置中，不同的电时钟和数据都被注入解复用器。8比特的并行数据被复用成串行信号，然后差分输出并交流耦合到光发射机。光输出通过一个光衰减器连接到分析仪的接收机，接收到的光功率设置成-14dBm。
为了让分析仪接收到有效OC-48帧格式的信号并确保是在真实业务量下进行测量，有必要加载STS-48C码型到码型发生器。
为了符合Telcordia GR－253，用带通滤波器来测量抖动产生。在图2中使用了一个通带为12kHz〜20MHz的带通滤波器。所有的抖动产生测试需要持续至少1分钟。对参考设计来说，抖动产生性能为：峰峰抖动：71mUI p-p，均方根抖动：7 mUI rms。
很重要的是，抖动有很多潜在的产生根源，既有线路板的影响，亦有复用器，解复用器，收发模块和线路板布局等。
抖动容限测量。用1300nm 2x10 OC-48 SFF收发模块和参考设计板可以测量抖动容限。评估参考设计板集成了带有STS-48接口的SONET/SDH复用器/解复用器芯片和一个能支持STS-3/-12/-48或者千兆以太网的多速率时钟数据恢复芯片。
图3给出了一种抖动容限的测量装置。多速率SONET/SDH测试仪的发射机产生一个OC-48光信号，通过衰减器与OC-48 SFF接收机连接。接收到的信号通过时钟数据芯片进行恢复，然后用复用器/解复用器芯片进行复用和解复用。STS-48电输出信号驱动收发模块的发射机。OC-48收发模块的接收机的输出功率被设置为比接收灵敏度大1dBm。
抖动传递测量。在抖动传递测量之前，有必要先对仪器进行内部校准。多速率SONET/SDH测试仪经过光衰减器在光上环回，输入光功率被设置为-14dBm。在校准过程中，接收机测量到的抖动与发射机产生的抖动进行相关。