寬帶高速光電信號分析儀
5G、大數據、人工智能、元宇宙等新業務應用的興起,以及后疫情時代催生的遠程辦公、遠程教學等實時視頻業務,急劇加速了通信網絡流量激增的趨勢。而長距離、大容量、高速率的光纖通信技術成為了實現信息化社會和數字經濟的必由之路。對于光通信產業鏈上的模塊廠商、設備制造商、運營商來說,測試是必不可少的環節。一般來說,驅動光收發機的高速芯片的開發進度會比光通信器件滯后差不多一年。 在光通信模塊廠商、設備制造商開發最新相干光通信子組件時,工程師需要先進的測試設備,提供足夠的性能,證明其最終模塊設計的預期性能。隨著系統速率的提升,復雜調制格式的演進,市場大量需求的出現,催生了低成本、高性能的寬帶高速光電信號分析儀的巨大市場需求。同時,當今世界格局下,亟需突破國外在高速光通信信號檢測領域對國內的技術限制和關鍵儀器、器件的性能瓶頸,實現在高速光電信號分析儀的國產化目標。
【成果介紹】
本成果基于線性光采樣,利用低重復頻率脈沖光對待測信號光在光域上進行采樣,使用技術成熟成本較低的低速的光電探測器和采集卡進行光電和模數的轉換,軟件同步算法為光采樣技術提供了數字信號處理上的支持,通過恢復出信號的眼圖和星座圖以及計算相應的 EVM 和 Q 值來判斷信號的質量。通過多年技術積累,在相干檢測中全光采樣技術、超低時間抖動采樣脈沖源的實現方法、以及相干檢測算法和軟件時鐘提取技術中取得突破。
圖1 高速光調制信號分析儀樣機
【性能指標】
基于線性相干光采樣技術在國內首次現場測試了4個ITU-T標準波長信道下的128Gbps PDM-QPSK光信號,測量結果利用安捷倫的光調制分析儀作為對照參考,同樣信號下測得的 EVM 差值小于2%,Q 因子差值小于2dB。實現指標包括全光采樣源時間抖動為60.335fs,分析帶寬>1THz,時域分辨率200fs,待測光信號速率達到508.608Gbps,實測相位誤差小于1.5°,測量時間100ms,平均故障間隔時間MTBF 1000小時。開發全光采樣時域分析數據解算軟件,可以實現光電信號波形分析、速率測量和眼圖測量等功能。
圖2 測試架構
圖3 窄帶光采樣結果
圖4 寬帶光采樣結果
【技術優勢】
已經研制出樣機。光采樣技術相對于傳統電采樣方式,降低了系統帶寬要求,減緩了光電探測器和采集卡帶寬的瓶頸效應,降低了成本和硬件設計復雜度。同時,本產品所采用的線性光采樣技術,其靈敏度遠高于非線性光采樣,且對高階調制格式具有同樣的處理效果和優越性能,能全面分析信號特性。低成本高測量帶寬的線性光采樣技術已成為高速信號質量檢測未來最有潛力的方向。
華中科技大學
2022-10-17