Optische SNR Messung anmodulierten Signalen

Optische SpektralanalyseJörg LatzelFebruar 2009

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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

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OSNR Messung / Was ist OSNR

OSNR Definition

-OSNR ist definiert als

SignalleistungRauschleistungSignal-/Rauschleistung

Auflösebandbreite

Referenzrauschbandbreite

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Herkömmliche Modulationsverfahren…

Optische Modulationsverfahren

NRZ

RZ

-NRZ hat eine höhere Peakleistung-RZ hat ein breiteres Spektrum, da höhereFrequenzanteile

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Einflüsse von Modulationsverfahren auf die Signale…

Optische Modulationsverfahren; NRZ / RZ

-NRZ hat eine höherePeakleistung-RZ hat ein breiteresSpektrum, da höhereFrequenzanteile, welche sichin weitere Modulationslinienaufweiten

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Erhöhung der Kanalkapazität…

-Das gezeigte 50GHzDWDM Signal (0,4nm) istlediglich für 10Gbit/sModulation geeignet, nichtaber für 40G RZ/NRZModulationen-Die Signalverbreiterungdurch die Modulationbeeinflusst auch die OSNRMessung, da dieSignalleistung bei Messungmit hoher Auflösung nichtmehr der Peakleistungentspricht!

Source: Fujitsu 40GB in WAN

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Einflüsse der Codecs auf das Übertragungssystem…

Source: Fujitsu 40GB in WAN

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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

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Yokogawa’s DPSK modulation…

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Modulationen bei 1,25GHz ultrahoch aufgelöst:

Ein aus nur einer schmalbandigen Linie (ca. 0,008pm) Liniebestehender Laser bekommt durch Modulation mit z.B. 1,25GHzmultiple Modulationslinien bei vielfachen der halbenModulationsfrequenz bzw. Bei vielfachen derModulationsfrequenz selber je nach Modulationsart

Ein Monochromator zeigt die Einhüllende der Modulationslinien

Per 8 Pass - Monochromator gemessen Ultrahoch aufgelöst (Heterodyn oderInterferometrisch)

12,5 G

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Modulationen bei 10GBit/s ultrahoch aufgelöst:

Ein NRZ moduliertes 10G Signal (siehe unten)verbreitert die Laserlinie und verteilt die Leistung ausdem Peak in die Modulationslinien

Unmodulierte Laserlinie

Modulierte Laserlinie

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Modulationsverfahren im Vergleich…

Gelb: unmoduliert Schwarz: RZ Blau: NRZ Grün: DPSK Rot: Duobinär

Aus u.a. Messkurven (10pm Auflösung) ergibt sich: RZ, NRZ verlangen eine besondere Lösung zur OSNR

Bestimmung

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Auflösung eines Monochromators

(x)nm

(y)nm

OSA Anzeige

(x)nm (y)nm

NormalerSpalt

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Auflösung eines Monochromators

(x)nm

(y)nm

OSA Anzeige

(x)nm (y)nm

SchmalerSpalt

Die Auflösung des Monochromators istschmaler, als das Signal. Es fällt zu einemZeitpunkt t nicht das komplette Signal aufden Detektor, sondern nur ein Teil.

FehlerhafterSignalpegel

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Optische Modulation

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Mach-Zehnder Modulator

Am weitesten verbreitet in der Optik sind LN-Mach Zehnder AmplitudenModulatoren zu finden.

Mach Zehnder:Eingangssignal 1550nm = 193400 GHz und“NF” Signal = 10 GHz

Moduliertes Signal

“NF” Signal

EIngangssignal

AM

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Optical Modulatios Prinzip

In der optischen Intensitätsmodulation findet man ähnliche Verhaltenwie in der RF Amplitudenmodulation.

Hauptunterschied:Da die 2,5 G, 10G und 40G Signale digital (rechteckig) sind, ergeben sichbei der Modulation nicht nur Linien bei der Modulationsfrequenz, sondernauch bei vielfachen Frequenzen.

fimin fimax fT - fimax fT + fimaxfT

Frequenz

Am

pli

tud

e

“NF” Spektrum

Bandbreite

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LN Modulator

High -> Die durch die Waveguideslaufenden Signale sind soPhasenverschoben, dass Sie sich ander Kopplongsstelle auslöschen. -> 0

0V -> keine Änderung desEingangssignales

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LN Modulator

Vergrößerung:Der optische Signaleingang istein 9/125µm SM Eingang

Diagramm eines LiNbO3 Modulators

Eingang LASER

Modulation

Ausgang

Modulator

Abgleich DC

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Unmoduliertes Signal

(x)nm

(y)nm

OSA Anzeige

(x)nm (y)nm

Die Auflösung des OSA ist breiter als die Quelle (un-modulierter DFB Laser)

Solange die Auflösung des OSA breiterals das Signal ist, wird der richtigePegel angezeigt.

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Moduliertes Signal

(x)nm

(y)nm

(x)nm (y)nm

Die Peakenergie…

… Verteilt sich aufCarrierwellenlänge+/-Modulationswellenlänge

Die Auflösung ist schmaller als die Quelle (modulierter DFB)

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Modulierte Signalmessung

(x)nm (y)nm

Der gemessene OSNR Wert bei herkömmlichen Messverfahren ist je nachModulationsverfahren mit kleinem – großem Fehler behaftet, da der PeakLevel nicht korrekt ermittelt werden kann.

Res:10pm

Res:500pm

Res:200pm

Res:100pm

Res:50pm

Res:20pm

10Gbit/s NRZ

Full Integrated Signal Level

160pm 5dB/div

Um den korrekten Peak Level zu ermittelm, muss bei 10G Modulationmindestens eine Auflösebandbreite von 100pm gewählt sein. 160pm wärenoptimal.

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Modulierte Signal OSNR Messung mit Yokogawa OSA

(x)nm

(y)nm

OSA Anzeige

(x)nm (y)nm

Breiter Spalt

Durch die verbreiterte Auflösunggewährleisten wir, dass für 10 und 40GModulationen das gesamte Signal aufden Detektor trifft und somit derkorrekte Pegel ermittelt werden kann(Trace A). Die Rauschmessung findethochauflösend auf Trace B statt.

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Modulierte Signal OSNR Messung mit Yokogawa OSA

Folgende Messung zeigt die Peak Messung mit gelbem Trace und die NoiseMessung mit lila Trace.

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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

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Praktische Demonstration…

Vielen Dank für die Aufmerksamkeit

YOKOGAWAOPTICAL SPECTRUM ANALYZER