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一、面对DWDM测试挑战

密集波分复用 (DWDM) 正在成为电信服务提供商的重要全球解决方案。 该技术提供可扩展的带宽，克服了其他消耗光纤带宽的解决方案的缺点，可以处理不同的数据格式和比特率，易于集成到当前的网络架构中，并且价格适中。

但 DWDM 技术还要求测试设备制造商设计出在现场和实验室环境中性能同样出色的测试仪器。 在保证高性能的基础上，现场测试设备还应该易于操作，即使网管没有时间去尝试和掌握新技术。

便携式频谱分析仪可以测量DWDM系统的大部分参数，用于安装、调试、维护和故障定位。 它还可以持续监测DWDM信号的关键参数，检测系统的稳定性，对保证DWDM系统的正常运行起到不可或缺的作用。 的性格。

二、测量原理

光谱分析仪可以将光波信号分解成其成分的波长，这意味着在特定波长范围内可以清楚地看到光谱轮廓。 光谱曲线以图形方式显示，横轴为波长，纵轴为相应的功率，如图1所示。利用这种方法，可以分离单根光纤上的DWDM分量信号，并分析单通道可以执行，以及可以分析每个通道的光谱间干扰。

图 1 典型的频谱分析仪曲线

衍射光栅是在现场测试应用中将光波分解成它们的成分（颜色）的首选方法。 顾名思义，衍射光栅是一种色散元件。 由于表面刻有大量精密平行的凹槽，可以将输入的光信号分解、衍射成光谱。 一旦光信号发生衍射，就可以将检测器对准特定波长并检测其功率。 要测量另一个波长信号，必须将检测器调整到待测波长等，以测量光信号的光谱。

图 2 显示了使用固定检测器（单通道单色仪）的最简单的光谱仪设置之一。 今天的光谱分析仪已通过更新的色散光栅排列、多通道方案和更高效的功率检测方法改进了这一基本设计。

图 2 简单的频谱分析仪设计

三、光谱分析仪主要技术指标

光谱分析仪可接受的动态范围是多少？ 为什么宽波长范围是一个优势？ 为什么分辨率带宽很重要？ 这些问题的答案取决于用户的具体需求、标准化机构制定的规范和DWDM产业发展趋势。

从网络运营商的角度来看，光谱分析仪必须易于使用、便携且坚固耐用。 此外，光学性能必须满足当前的测试需求和可预见的发展需求，以免很快被淘汰。

对于标准制定者而言，功​​率精度、动态范围和分辨率带宽是最重要的参数。 指标标准如今已被广泛接受，但标准制定者必须确保他们的建议基于客观的指导方针和可靠的实验——这是一个耗时的过程。

系统制造商和集成商也是可靠的指标来源，他们制定了经验规范，使他们的系统不仅能够满足当今通信服务的要求，还能满足未来对 DWDM 等可扩展技术的要求。

1.光抑制比

光抑制比（ORR）是频谱分析仪最重要的指标之一，定义为频谱分析仪在距载波峰值给定距离处所能测量到的最大光噪比。

图 3 是从同一信号测得的两条光谱曲线的比较。 上面的曲线是用光抑制差的光谱分析仪测得的，下面的曲线是用光抑制较好的光谱分析仪测得的。 如果多个通道间隔很近（例如，50 GHz），则良好的光学抑制比的重要性甚至更加明显。

图3 光抑制比

从图 4 中上部 DWDM 信号轮廓的大部分光谱细节都被屏蔽这一事实可以更清楚地看出光抑制比的限制。 频谱分析仪的用户最关心的是获得真实频谱轮廓的清晰图像。 如果频谱分析仪的 ORR 小于被测系统的光信噪比 (OSNR)，则用户可以得到所用仪器的 ORR 限制曲线。 而不是真正的光信号行为。

图 4. ORR 指标对系统识别的影响

显然，增加通道数和减少通道间间隔是提高光抑制比 (ORR) 和改进功率指标的驱动因素，但另一个重要因素是每个通道上的时间复用比特率。 今天的 DWDM 系统设计遵循的建议基于 STM-16/OC-48 (2.5Gbps)光纤光谱仪的原理，但 STM-64/OC-192 (10Gbps) 的方法将推动测量更高 OSNR 值的需求。 一般来说，这个速率的提高需要OSNR的测量能力提高4-5dB。

系统集成商和制造商有义务提供满足当前需求并为未来升级做好准备的系统。 正是因为这个义务，他们采用了更严格的动态范围和ORR标准，在DWDM系统的安装和调试过程中必须进行测试。 这样，他们就可以预测安装的性能。 根据不同的情况，系统集成商一般需要检测的OSNR范围在21dB到35dB之间。 顶级频谱分析仪可保证距峰值0.4nm处的ORR值至少为50dBc。

2.宽功率动态范围

该规格反映了光谱分析仪中的光检测器有效测量 WDM 应用所需的各种光功率水平的能力。 宽动态范围的频谱分析仪可以在同一数据采集中准确测量更高的功率值和更低的本底噪声，从而使绘制的谱线更加清晰。

随着 DWDM 点对点链路变得越来越长，发射器必须使用更高的功率才能在更长的距离上传输光信号。 另一方面，由于长距离损耗的累积，光信号在接近链路末端时非常微弱。 在这种情况下，高功率值和低功率值都需要测量，这取决于DWDM系统的检测点。 在对单个系统组件进行故障排除时也需要检测低功率信号，因为在这种检测中，测试点只能消耗总功率的一小部分。

光谱分析仪测量耦合器、滤波器和复用器/解复用器路径等的插入损耗的能力要求它具有测量低功率的灵敏度。 具有宽动态范围的频谱分析仪可以增加其多功能性，因为它可用于系统级和组件级测试。 随着 WDM 技术扩展到城域网和光网络的出现，现场安装的光学器件数量激增，导致对工厂和实验室之外的详细组件级测试的需求增加。

3.波长范围广

光谱分析仪的波长范围是指在规定的光谱范围内对信号进行分析的能力，单位为纳米（如400nm），用起始波长和终止波长（如1250nm～1650nm）表示。

早期的现场频谱分析仪主要集中在符合ITU-T G.692建议的C波段光纤光谱仪的原理，即1530nm至1565nm波段。 许多已部署的 WDM 系统设计用于在 C 波段传输多通道信号，因为它是掺铒光纤放大器 (EDFA) 的有效工作波长范围。 由于C波段对于支持高通道数的系统来说太窄，采用波长高于1565nm的L波段，使系统承载通道数增加到160个以上； 除了波长低于1490nm的S波段，系统的承载通道数突破了200个大关。 现在正在打开1310nm波段波分复用在低成本城域网中应用的大门。 图 5 显示了标准单模光纤的光谱衰减区域中的各种波长带。

图 5. 标准单模光纤中的光谱衰减概览

（C波段由ITU定义，而S波段和L波段的范围各厂商定义不同）

测试范围涵盖这三个频段的频谱分析仪将是一种具有前瞻性的多用途仪器，因为它可以满足未来各种可能演进情况下的系统测量。 即使用户决定将他的 WDM 系统扩展到城域网，波长范围为 1250nm 到 1650nm 的频谱分析仪也是可以的。 此外，所有的光监控通道也可以用这种宽波长范围的光谱分析仪进行测试。 最常用的光学监测波长为1510nm、1625nm和1490nm。

4.分辨率带宽小

分辨率带宽是表征光谱分析仪分离两个波长间隔很近的光信号的能力。 此规格归因于光谱分析仪的光学布局，主要由其内部滤光片的行为决定。 滤波器的通带越窄，分辨率越高。 先进的频谱分析仪采用双通结构，加上高质量的衍射光栅，获得良好的分辨率带宽。

小至0.05nm的分辨率带宽，既能保证良好的光抑制比，又能提高近距离测量通道间光信噪比的性能。 该光谱分析仪可以分析信道间隔为 50GHz（0.4nm）或更小的 DWDM 系统。 理想的滤光片图案几乎是方形的。 在测量分布式反馈激光器 (DFB) 的边模抑制比或近距离高功率通道之间的 OSNR 值时，这种滤波器模式至关重要。 滤波器模式越方，滤波器的性能越好。

5.现场便携和坚固

带宽需求的快速增长使得WDM技术很快走出实验室。 然后需要适合在室外环境中进行测试的高性能仪器。 频谱分析仪作为DWDM网络铺设和维护最基本的测试仪器，应用在各种场合——网络的不同节点和远离实验室环境的极端环境。

大多数高性能光谱分析仪都是为科学研究而设计的台式仪器，是在受控环境中使用的精密仪器，由有经验的人员使用。 另一方面，大多数现场便携式光谱分析仪都削减了一些光学性能以提供实用的测试解决方案。

众多的光学元件和微米级精密机械是光谱分析仪的核心，这些元件之间的任何偏差都会直接导致仪器光学指标的下降。 便携式频谱分析仪提供电池电源，可在不同条件下快速方便地进行测试。 此外，外场测试设备还需要通过BellCore（TelCordia）跌落测试而不降低其指标。

6.增值功能

随着 DWDM 测试和测量技术的发展，越来越多有进取心的制造商将更新的功能融入到他们的便携式高性能光谱分析仪中。 这些恰到好处的功能将对吞吐量、测试速度、数据管理和使用的多功能性产生直接影响。

7.模块化

DWDM系统调试和故障定位仅靠光谱分析仪是不够的，还必须对光纤的总跨段损耗、回波损耗（ORL）和偏振模色散进行测试。 当需要更高的波长精度测量时，还需要将多波长计与光谱分析仪配合使用。 因此，理想情况下，光谱分析仪应该是一个由通用测试平台管理的序列化模块的组成部分。

8.现场测试软件

传统的光谱分析仪从实验室环境继承了复杂的软件。 现场测试频谱分析仪提供更简洁的用户界面，包括自动测试和简化的逐步测试。 这使所有运营商，从新手到 DWDM 专家，都能获得他们想要的信息。

四、总结

数字网络正在向光纤网络演进，DWDM系统方兴未艾，迫切需要一款功能强大的便携式光谱分析仪。 频谱分析仪已成为光网络设备生产和试运行中的重要仪器。

用户只有充分了解频谱分析仪的优点和局限性，才能在选择仪器时做出有根据的判断； 而仪器制造商只能生产适合现场测试、前瞻性和模块化的光谱分析仪。 新一代光谱分析仪在提供当前和近期系统测试的顶级测试能力的同时，可以提高用户的生产力，保护用户的投资。