Optische SNR Messung an modulierten Signalen. Optische Spektralanalyse Jörg Latzel Februar 2009

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1 Optische SNR Messung an modulierten Signalen Optische Spektralanalyse Jörg Latzel Februar 2009

2 Wir beschäftigen uns im Folgenden mit Optische SNR Messung Standard Modulationen (RZ/NRZ) Neue Modulationen DPSK, CS RZ etc. Modulierte Signal per OSA gemessen Unmodulierte Signale Modulierte Signale Wie sind OSNR modulierter Signale korrekt zu messen? Demonstration Messung eines NRZ modulierten 10 G Signales 2

3 OSNR Messung / Was ist OSNR OSNR Definition -OSNR ist definiert als Signal-/Rauschleistung Signalleistung Rauschleistung Auflösebandbreite Referenzrauschbandbreite 3

4 Herkömmliche Modulationsverfahren Optische Modulationsverfahren NRZ RZ -NRZ hat eine höhere Peakleistung -RZ hat ein breiteres Spektrum, da höherefrequenzanteile 4

5 Einflüsse von Modulationsverfahren auf die Signale Optische Modulationsverfahren; NRZ / RZ -NRZ hat eine höhere Peakleistung -RZ hat ein breiteres Spektrum, da höhere Frequenzanteile, welche sich in weitere Modulationslinien aufweiten 5

6 Erhöhung der Kanalkapazität Source: Fujitsu 40GB in WAN -Das gezeigte 50GHz DWDM Signal (0,4nm) ist lediglich für 10Gbit/s Modulation geeignet, nicht aber für 40G RZ/NRZ Modulationen -Die Signalverbreiterung durch die Modulation beeinflusst auch die OSNR Messung, da die Signalleistung bei Messung mit hoher Auflösung nicht mehr der Peakleistung entspricht! 6

7 Einflüsse der Codecs auf das Übertragungssystem Source: Fujitsu 40GB in WAN 7

8 Yokogawa s RZ DQPSK modulation Merkmale 16 x 2,5 G elektrischer Ein/Ausgang 43,02 44,57 GBit/s Leistungsaufnahme 30W 300 pin MSA kompatibel 8

9 Yokogawa s DPSK modulation 9

10 Modulationen bei 1,25GHz ultrahoch aufgelöst: Ein aus nur einer schmalbandigen Linie (ca. 0,008pm) Linie bestehender Laser bekommt durch Modulation mit z.b. 1,25GHz multiple Modulationslinien bei vielfachen der halben Modulationsfrequenz bzw. Bei vielfachen der Modulationsfrequenz selber je nach Modulationsart Ein Monochromator zeigt die Einhüllende der Modulationslinien Per 8 Pass - Monochromator gemessen Ultrahoch aufgelöst (Heterodyn oder Interferometrisch) 12,5 G 10

11 Modulationen bei 10GBit/s ultrahoch aufgelöst: Ein NRZ moduliertes 10G Signal (siehe unten) verbreitert die Laserlinie und verteilt die Leistung aus dem Peak in die Modulationslinien Unmodulierte Laserlinie Modulierte Laserlinie 11

12 Modulationsverfahren im Vergleich Aus u.a. Messkurven (10pm Auflösung) ergibt sich: RZ, NRZ verlangen eine besondere Lösung zur OSNR Bestimmung Gelb: unmoduliert Schwarz: RZ Blau: NRZ Grün: DPSK Rot: Duobinär 12

13 Auflösung eines Monochromators (x)nm Normaler Spalt OSA Anzeige (y)nm (x)nm (y)nm 13

14 Auflösung eines Monochromators (x)nm Schmaler Spalt OSA Anzeige (y)nm Fehlerhafter Signalpegel (x)nm (y)nm Die Auflösung des Monochromators ist schmaler, als das Signal. Es fällt zu einem Zeitpunkt t nicht das komplette Signal auf den Detektor, sondern nur ein Teil. 14

15 Optische Modulation 15

16 Mach-Zehnder Modulator AM EIngangssignal Moduliertes Signal NF Signal Am weitesten verbreitet in der Optik sind LN-Mach Zehnder Amplituden Modulatoren zu finden. Mach Zehnder: Eingangssignal 1550nm = GHz und NF Signal = 10 GHz 16

17 Optical Modulatios Prinzip In der optischen Intensitätsmodulation findet man ähnliche Verhalten wie in der RF Amplitudenmodulation. Hauptunterschied: Da die 2,5 G, 10G und 40G Signale digital (rechteckig) sind, ergeben sich bei der Modulation nicht nur Linien bei der Modulationsfrequenz, sondern auch bei vielfachen Frequenzen. Amplitude Bandbreite NF Spektrum fimin fimax ft - fimax ft ft + fimax Frequenz 17

18 LN Modulator 0V -> keine Änderung des Eingangssignales High -> Die durch die Waveguides laufenden Signale sind so Phasenverschoben, dass Sie sich an der Kopplongsstelle auslöschen. -> 0 18

19 LN Modulator Diagramm eines LiNbO3 Modulators Eingang LASER Modulation Vergrößerung: Der optische Signaleingang ist ein 9/125µm SM Eingang Abgleich DC Modulator Ausgang 19

20 Unmoduliertes Signal Die Auflösung des OSA ist breiter als die Quelle (unmodulierter DFB Laser) (x)nm OSA Anzeige (y)nm (x)nm (y)nm Solange die Auflösung des OSA breiter als das Signal ist, wird der richtige Pegel angezeigt. 20

21 Moduliertes Signal Die Auflösung ist schmaller als die Quelle (modulierter DFB) Die Peakenergie Verteilt sich auf Carrierwellenlänge +/Modulationswellenl änge (x)nm (y)nm (x)nm (y)nm 21

22 Modulierte Signalmessung Der gemessene OSNR Wert bei herkömmlichen Messverfahren ist je nach Modulationsverfahren mit kleinem großem Fehler behaftet, da der Peak Level nicht korrekt ermittelt werden kann. 10Gbit/s NRZ Full Integrated Signal Level Res:500pm Res:20pm Res:200pm Res:50pm Res:10pm Res:100pm (x)nm (y)nm 160pm 5dB/div Um den korrekten Peak Level zu ermittelm, muss bei 10G Modulation mindestens eine Auflösebandbreite von 100pm gewählt sein. 160pm wären optimal. 22

23 Modulierte Signal OSNR Messung mit Yokogawa OSA Breiter Spalt (x)nm OSA Anzeige (y)nm (x)nm (y)nm Durch die verbreiterte Auflösung gewährleisten wir, dass für 10 und 40G Modulationen das gesamte Signal auf den Detektor trifft und somit der korrekte Pegel ermittelt werden kann (Trace A). Die Rauschmessung findet hochauflösend auf Trace B statt. 23

24 Modulierte Signal OSNR Messung mit Yokogawa OSA Folgende Messung zeigt die Peak Messung mit gelbem Trace und die Noise Messung mit lila Trace. 1 24

25 Wir haben gehört über Optische SNR Messung Standard Modulationen (RZ/NRZ) Neue Modulationen DPSK, CS RZ etc. Modulierte Signal per OSA gemessen Unmodulierte Signale Modulierte Signale Wie sind OSNR modulierter Signale korrekt zu messen? Demonstration Messung eines NRZ modulierten 10 G Signales 25

26 Praktische Demonstration 26

27 Vielen Dank für die Aufmerksamkeit YOKOGAWA OPTICAL SPECTRUM ANALYZER

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