抖動(dòng)測(cè)試中校準(zhǔn)標(biāo)準(zhǔn)的重要性

當(dāng)CCITT (現(xiàn)在為 ITU-T)在1988年對(duì)SONET/SDH 進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)化時(shí),最高速率只有156M - 與現(xiàn)在的10G 和40G 網(wǎng)絡(luò)是大不相同的東西. ITU-T 在規(guī)范無(wú)誤碼的10G 和40G的通信系統(tǒng)的最大抖動(dòng)時(shí)使用了和156M系統(tǒng)相同的假定.但是,現(xiàn)在并沒(méi)有標(biāo)準(zhǔn)的程序用于確認(rèn)抖動(dòng)測(cè)試是精確的,也沒(méi)有任何已知的抖動(dòng)數(shù)值可以作為參考源.

ITU-T規(guī)范了三個(gè)抖動(dòng)測(cè)試指標(biāo)以保證傳輸系統(tǒng)在互連時(shí)沒(méi)有誤碼- 抖動(dòng)產(chǎn)生,抖動(dòng)容限,和抖動(dòng)傳遞. 為了使傳輸系統(tǒng)的抖動(dòng)在抖動(dòng)容限值之下, ITU-T 定義了可以接受的抖動(dòng)產(chǎn)生值應(yīng)小于 0.1 UIp-p (從 4 MHz 到 80 MHz). 為確保這個(gè)指標(biāo),對(duì)帶內(nèi)抖動(dòng)的正確評(píng)估顯得非常重要.

一般地,有兩個(gè)因素會(huì)導(dǎo)致傳輸系統(tǒng)的抖動(dòng) - 由傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生的單邊帶噪聲而引起的隨機(jī)性抖動(dòng),和由SDH/SONET幀信號(hào)產(chǎn)生的確定的抖動(dòng). 隨機(jī)抖動(dòng)的數(shù)值隨測(cè)試時(shí)間不同而變化,因?yàn)殡S機(jī)抖動(dòng)的概率分布符合高斯分布. 所以,測(cè)試時(shí)間必需明確給出.

另一方面, 確定性抖動(dòng)和測(cè)試時(shí)間無(wú)關(guān).所以,正確地評(píng)估這些復(fù)雜數(shù)據(jù)是非常重要的.尤其是在OC-192 (10G) 和 OC-768 (40G)的高速率情況下, 必需要將抖動(dòng)控制在0.1 UI之內(nèi), 或者 對(duì)10G 和 40G 分別10 ps 和 2.5 ps.

抖動(dòng)測(cè)試的問(wèn)題

有許多測(cè)試系統(tǒng)可以測(cè)量10G抖動(dòng),但每一個(gè)設(shè)備都幾乎得到不同的抖動(dòng)結(jié)果,這是一個(gè)嚴(yán)重的問(wèn)題. 既然沒(méi)有可追溯的通用標(biāo)準(zhǔn),那么建立一個(gè)可信的校準(zhǔn)程序來(lái)驗(yàn)證抖動(dòng)測(cè)試是勢(shì)在必行的.然而,SONET/SDH信號(hào)中多種的抖動(dòng)使得測(cè)試變得復(fù)雜和困難. 為有效地應(yīng)對(duì)該挑戰(zhàn),抖動(dòng)可追溯性是必要的.

當(dāng)使用自環(huán)測(cè)試來(lái)評(píng)估抖動(dòng)測(cè)試設(shè)備時(shí),發(fā)端和收端各自產(chǎn)生的抖動(dòng)比例應(yīng)當(dāng)確知.一些廠家假定發(fā)端不產(chǎn)生抖動(dòng),認(rèn)為所有的抖動(dòng)由收端產(chǎn)生.這種做法是不對(duì)的,因?yàn)镾DH/SONET 信號(hào)在未擾碼的區(qū)域包含了幀字節(jié)的初始抖動(dòng).因此,確定發(fā)端信號(hào)有多少抖動(dòng)是很重要的,尤其是站在可追溯性的觀點(diǎn)來(lái)看.

抖動(dòng)的可追溯性

圖 1 顯示了10G OC-192 信號(hào)的光波形.它是使用了安立公司的脈沖發(fā)生器作為標(biāo)準(zhǔn)的低抖動(dòng)信號(hào)源,并經(jīng)過(guò)寬帶E/O轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào).

100 mV/div 20 ps/div

圖 1. 標(biāo)準(zhǔn) 10G 光波形

發(fā)端的抖動(dòng)大小可以使用圖2所示的可追溯性系統(tǒng)來(lái)測(cè)量.這個(gè)數(shù)值然后就可以用來(lái)評(píng)估收端并建立起收端的可溯源性.

圖 2. 圖案抖動(dòng)評(píng)估系統(tǒng)

評(píng)估圖案抖動(dòng)

抖動(dòng)可以不使用抖動(dòng)測(cè)試設(shè)備來(lái)分析.如圖2所示,從可編程的脈沖發(fā)生器產(chǎn)生的OC-192 幀信號(hào)可以被用于測(cè)量圖案抖動(dòng). E/O轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)可用于被采樣示波器觀察的光信號(hào). 通過(guò)使用圖案觸發(fā)來(lái)觸發(fā)示波器, 可以顯示出來(lái)一個(gè)固定的圖案而不是眼圖.時(shí)鐘信號(hào)做為無(wú)抖動(dòng)的參考信號(hào)同時(shí)也被測(cè)量.抖動(dòng)測(cè)試結(jié)果可以在圖3看到.非擾碼的脈沖抖動(dòng)是明顯的.

Figure 3. Result of Jitter Evaluation (Optical)

進(jìn)行64次測(cè)試平均是必要的,以降低示波器觸發(fā)電路的殘余抖動(dòng)的影響,使這種源的誤差可以達(dá)到忽略的目的.A1圖案的第一個(gè)邊沿和時(shí)鐘信號(hào)的邊沿可以使用采樣示波器的延遲功能來(lái)調(diào)整以實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)沿和時(shí)鐘沿時(shí)間差的測(cè)試.

測(cè)量完所有邊沿(X1, X2, X3, ...)的時(shí)間差后使用數(shù)字信號(hào)處理器和濾波技術(shù)就可以計(jì)算出發(fā)端的圖案抖動(dòng).該測(cè)試技術(shù)使得采樣示波器的殘余抖動(dòng)的影響可以被忽略.

SDH/SONET 幀每125us在段開(kāi)銷(SOH)產(chǎn)生圖案抖動(dòng).這是因?yàn)樵撎幍腁1/A2字節(jié)是不被擾碼幀的同步字節(jié),根據(jù)定義產(chǎn)生圖案依賴性抖動(dòng),這個(gè)圖案依賴性抖動(dòng)的周期產(chǎn)生了以3.24MHz為中心頻率的大量抖動(dòng).

圖 4 顯示了一幀的概率分布函數(shù)測(cè)試結(jié)果非擾碼的字節(jié)產(chǎn)生的抖動(dòng)峰值為6.61ps(65.8mUIp-p).其余的擾碼字節(jié)的抖動(dòng)比較小.所以,由非擾碼的字節(jié)產(chǎn)生的抖動(dòng)是抖動(dòng)產(chǎn)生的主要原因.

圖 4. 通過(guò)HP1+LP濾波器的圖案依賴抖動(dòng)的概率分布函數(shù)

評(píng)估隨機(jī)抖動(dòng)

為分析隨機(jī)抖動(dòng),一定要測(cè)量發(fā)送信號(hào)的SSB噪聲.以使用從SDH/SONET信號(hào)轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的1010圖案 作為發(fā)送信號(hào)為例,經(jīng)過(guò)HP1 + LP濾波器后計(jì)算出的隨機(jī)抖動(dòng)只有0.15 mUIrms.

60s測(cè)試時(shí)間的全部抖動(dòng) (PDFT) 是圖案抖動(dòng) (PDFy) 和隨機(jī)抖動(dòng) (PDFr)的總和. 以這種方法對(duì)9.95328-Gbit/s 圖案的參考信號(hào)所找到的全部抖動(dòng)為6.981 ps (69.47 mUIp-p). 作為結(jié)果,當(dāng)使用很低SSB相位噪聲的合成信號(hào)源作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源時(shí),全部抖動(dòng)差不多等于圖案抖動(dòng).SSB相位噪聲只有0.15 mUIrms (HP1 + LP),幾乎可以忽略. 所以,很明顯,當(dāng)測(cè)試小于0.1 UIp-p 的抖動(dòng)時(shí),圖案抖動(dòng)必需要被精確地測(cè)試.

SDH/SONET圖案的圖案抖動(dòng)

圖 5 顯示了通過(guò)仿真器計(jì)算出的SDH/SONET圖案中存在的圖案抖動(dòng)的頻率分布. 盡管SDH/SONET圖案抖動(dòng)包含了無(wú)窮大的8-kHz 頻譜, 峰值在 1 到 10 MHz. 甚至標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)很干凈(例如圖1所顯示的), 在光信號(hào)上仍然存在由SDH/SONET幀圖案導(dǎo)致的大約 65.8-mUIp-p 的圖案依賴抖動(dòng).抖動(dòng)并沒(méi)有經(jīng)過(guò)HP1+LP抖動(dòng)濾波器衰減,因?yàn)樗诙秳?dòng)測(cè)試帶寬內(nèi).

Figure 5. Spectrum Elements of SDH/SONET Pattern (STM-64)

為保證精確的抖動(dòng)產(chǎn)生,所有的抖動(dòng)測(cè)試設(shè)備必需使用標(biāo)準(zhǔn)的可追溯的信號(hào)來(lái)校準(zhǔn).抖動(dòng)接收端可以使用隨機(jī)抖動(dòng)很小,而且沒(méi)有圖案抖動(dòng)的1010圖案進(jìn)行校準(zhǔn).接收端的殘余抖動(dòng)可以通過(guò)已知的發(fā)送抖動(dòng)來(lái)確認(rèn).例如,當(dāng)結(jié)果顯示為 80 mUIp-p, 接收段的殘余抖動(dòng)為 14.2 mUIp-p ,因?yàn)榘l(fā)送端的抖動(dòng)是65.8 mUIp-p. 盡管發(fā)送端是測(cè)試設(shè)備殘余抖動(dòng)的主要來(lái)源,它并不影響測(cè)試結(jié)果;因?yàn)樗?jīng)過(guò)被測(cè)設(shè)備的傳遞特性被抑制了.

可追溯的抖動(dòng)參考的重要性

OC-768的圖案依賴抖動(dòng)頻率只是相對(duì)的比OC-192的圖案依賴抖動(dòng)頻率高,因?yàn)镮TU-T 減少了40G的A1/A2的數(shù)目, 也因此減少了OC-768非擾碼字節(jié)的區(qū)域.其抖動(dòng)頻率大約為 40 MHz, 仍然在ITU-T規(guī)定的抖動(dòng)帶寬內(nèi)(80 kHz-320 MHz). 因此,這個(gè)圖案抖動(dòng)必須要精確地測(cè)量,尤其是在40G系統(tǒng)的規(guī)范非常嚴(yán)格的情況下.

40G 的規(guī)范仍是比較嚴(yán)格的,0.1 UI (最大允許抖動(dòng))對(duì)40G來(lái)說(shuō)是2.5 ps, 大約是10G系統(tǒng)允許指標(biāo)10 ps 的四分之一. 精確地測(cè)試 2.5 ps 是非常困難的,因?yàn)闆](méi)有可追溯的標(biāo)準(zhǔn)參考.

圖6 顯示了用這里討論的驗(yàn)證技術(shù)測(cè)試一個(gè)典型的SONET發(fā)送器的 OC-768 圖案抖動(dòng). 圖 7 顯示了使用安立的40G抖動(dòng)分析儀測(cè)試同一個(gè)發(fā)送器的抖動(dòng)解調(diào)輸出. 兩個(gè)結(jié)果基本相近,但是遠(yuǎn)超過(guò)了ITU-T的標(biāo)準(zhǔn).因此,生產(chǎn)廠家必需提高他們40G的器件性能,或者ITU-T 要重新考慮40G的抖動(dòng)標(biāo)準(zhǔn).

圖 6. OC-768 (40G) 驗(yàn)證結(jié)果

圖 7. OC-768 信號(hào)抖動(dòng)測(cè)試儀的解調(diào)輸出波形

結(jié)論

在高速率下的精確的抖動(dòng)測(cè)試是非常困難的,因?yàn)樯婕暗椒浅Ｐ〉臅r(shí)間(2.5 ps, 10 ps) ,而恰恰是這樣小的時(shí)間是保證網(wǎng)絡(luò)無(wú)誤碼運(yùn)行的基礎(chǔ). 這里描述的方法顯示了對(duì)10G和40G的抖動(dòng)精確測(cè)試必需準(zhǔn)確地計(jì)算圖案抖動(dòng)和隨機(jī)抖動(dòng). 圖案抖動(dòng)在更大的程度上是由發(fā)端產(chǎn)生的,而不是收端. 對(duì)圖案抖動(dòng)的源頭做不正確的假設(shè)將導(dǎo)致對(duì)高速抖動(dòng)測(cè)試的矛盾.這篇文章所列的方法解決了這些問(wèn)題.