抖動測試中校準標準的重要性

ITU-T規(guī)范了三個抖動測試指標以保證傳輸系統(tǒng)在互連時沒有誤碼- 抖動產生,抖動容限,和抖動傳遞. 為了使傳輸系統(tǒng)的抖動在抖動容限值之下, ITU-T 定義了可以接受的抖動產生值應小于 0.1 UIp-p (從 4 MHz 到 80 MHz). 為確保這個指標,對帶內抖動的正確評估顯得非常重要.

一般地,有兩個因素會導致傳輸系統(tǒng)的抖動 - 由傳輸系統(tǒng)產生的單邊帶噪聲而引起的隨機性抖動,和由SDH/SONET幀信號產生的確定的抖動. 隨機抖動的數值隨測試時間不同而變化,因為隨機抖動的概率分布符合高斯分布. 所以,測試時間必需明確給出.

另一方面, 確定性抖動和測試時間無關.所以,正確地評估這些復雜數據是非常重要的.尤其是在OC-192 (10G) 和 OC-768 (40G)的高速率情況下, 必需要將抖動控制在0.1 UI之內, 或者 對10G 和 40G 分別10 ps 和 2.5 ps.

抖動測試的問題

有許多測試系統(tǒng)可以測量10G抖動,但每一個設備都幾乎得到不同的抖動結果,這是一個嚴重的問題. 既然沒有可追溯的通用標準,那么建立一個可信的校準程序來驗證抖動測試是勢在必行的.然而,SONET/SDH信號中多種的抖動使得測試變得復雜和困難. 為有效地應對該挑戰(zhàn),抖動可追溯性是必要的.

當使用自環(huán)測試來評估抖動測試設備時,發(fā)端和收端各自產生的抖動比例應當確知.一些廠家假定發(fā)端不產生抖動,認為所有的抖動由收端產生.這種做法是不對的,因為SDH/SONET 信號在未擾碼的區(qū)域包含了幀字節(jié)的初始抖動.因此,確定發(fā)端信號有多少抖動是很重要的,尤其是站在可追溯性的觀點來看.

抖動的可追溯性

圖 1 顯示了10G OC-192 信號的光波形.它是使用了安立公司的脈沖發(fā)生器作為標準的低抖動信號源,并經過寬帶E/O轉換器的輸出信號.

100 mV/div 20 ps/div

圖 1. 標準 10G 光波形

發(fā)端的抖動大小可以使用圖2所示的可追溯性系統(tǒng)來測量.這個數值然后就可以用來評估收端并建立起收端的可溯源性.

圖 2. 圖案抖動評估系統(tǒng)

評估圖案抖動

抖動可以不使用抖動測試設備來分析.如圖2所示,從可編程的脈沖發(fā)生器產生的OC-192 幀信號可以被用于測量圖案抖動. E/O轉換器產生一個可用于被采樣示波器觀察的光信號. 通過使用圖案觸發(fā)來觸發(fā)示波器, 可以顯示出來一個固定的圖案而不是眼圖.時鐘信號做為無抖動的參考信號同時也被測量.抖動測試結果可以在圖3看到.非擾碼的脈沖抖動是明顯的.

Figure 3. Result of Jitter Evaluation (Optical)

進行64次測試平均是必要的,以降低示波器觸發(fā)電路的殘余抖動的影響,使這種源的誤差可以達到忽略的目的.A1圖案的第一個邊沿和時鐘信號的邊沿可以使用采樣示波器的延遲功能來調整以實現對數據沿和時鐘沿時間差的測試.

測量完所有邊沿(X1, X2, X3, ...)的時間差后使用數字信號處理器和濾波技術就可以計算出發(fā)端的圖案抖動.該測試技術使得采樣示波器的殘余抖動的影響可以被忽略.

SDH/SONET 幀每125us在段開銷(SOH)產生圖案抖動.這是因為該處的A1/A2字節(jié)是不被擾碼幀的同步字節(jié),根據定義產生圖案依賴性抖動,這個圖案依賴性抖動的周期產生了以3.24MHz為中心頻率的大量抖動.

圖 4 顯示了一幀的概率分布函數測試結果非擾碼的字節(jié)產生的抖動峰值為6.61ps(65.8mUIp-p).其余的擾碼字節(jié)的抖動比較小.所以,由非擾碼的字節(jié)產生的抖動是抖動產生的主要原因.

圖 4. 通過HP1+LP濾波器的圖案依賴抖動的概率分布函數

評估隨機抖動

為分析隨機抖動,一定要測量發(fā)送信號的SSB噪聲.以使用從SDH/SONET信號轉換過來的1010圖案 作為發(fā)送信號為例,經過HP1 + LP濾波器后計算出的隨機抖動只有0.15 mUIrms.

60s測試時間的全部抖動 (PDFT) 是圖案抖動 (PDFy) 和隨機抖動 (PDFr)的總和. 以這種方法對9.95328-Gbit/s 圖案的參考信號所找到的全部抖動為6.981 ps (69.47 mUIp-p). 作為結果,當使用很低SSB相位噪聲的合成信號源作為標準信號源時,全部抖動差不多等于圖案抖動.SSB相位噪聲只有0.15 mUIrms (HP1 + LP),幾乎可以忽略. 所以,很明顯,當測試小于0.1 UIp-p 的抖動時,圖案抖動必需要被精確地測試.

SDH/SONET圖案的圖案抖動

圖 5 顯示了通過仿真器計算出的SDH/SONET圖案中存在的圖案抖動的頻率分布. 盡管SDH/SONET圖案抖動包含了無窮大的8-kHz 頻譜, 峰值在 1 到 10 MHz. 甚至標準信號很干凈(例如圖1所顯示的), 在光信號上仍然存在由SDH/SONET幀圖案導致的大約 65.8-mUIp-p 的圖案依賴抖動.抖動并沒有經過HP1+LP抖動濾波器衰減,因為它在抖動測試帶寬內.

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

為保證精確的抖動產生,所有的抖動測試設備必需使用標準的可追溯的信號來校準.抖動接收端可以使用隨機抖動很小,而且沒有圖案抖動的1010圖案進行校準.接收端的殘余抖動可以通過已知的發(fā)送抖動來確認.例如,當結果顯示為 80 mUIp-p, 接收段的殘余抖動為 14.2 mUIp-p ,因為發(fā)送端的抖動是65.8 mUIp-p. 盡管發(fā)送端是測試設備殘余抖動的主要來源,它并不影響測試結果;因為它經過被測設備的傳遞特性被抑制了.

可追溯的抖動參考的重要性

OC-768的圖案依賴抖動頻率只是相對的比OC-192的圖案依賴抖動頻率高,因為ITU-T 減少了40G的A1/A2的數目, 也因此減少了OC-768非擾碼字節(jié)的區(qū)域.其抖動頻率大約為 40 MHz, 仍然在ITU-T規(guī)定的抖動帶寬內(80 kHz-320 MHz). 因此,這個圖案抖動必須要精確地測量,尤其是在40G系統(tǒng)的規(guī)范非常嚴格的情況下.

40G 的規(guī)范仍是比較嚴格的,0.1 UI (最大允許抖動)對40G來說是2.5 ps, 大約是10G系統(tǒng)允許指標10 ps 的四分之一. 精確地測試 2.5 ps 是非常困難的,因為沒有可追溯的標準參考.

圖6 顯示了用這里討論的驗證技術測試一個典型的SONET發(fā)送器的 OC-768 圖案抖動. 圖 7 顯示了使用安立的40G抖動分析儀測試同一個發(fā)送器的抖動解調輸出. 兩個結果基本相近,但是遠超過了ITU-T的標準.因此,生產廠家必需提高他們40G的器件性能,或者ITU-T 要重新考慮40G的抖動標準.

圖 6. OC-768 (40G) 驗證結果

圖 7. OC-768 信號抖動測試儀的解調輸出波形

結論

在高速率下的精確的抖動測試是非常困難的,因為涉及到非常小的時間(2.5 ps, 10 ps) ,而恰恰是這樣小的時間是保證網絡無誤碼運行的基礎. 這里描述的方法顯示了對10G和40G的抖動精確測試必需準確地計算圖案抖動和隨機抖動. 圖案抖動在更大的程度上是由發(fā)端產生的,而不是收端. 對圖案抖動的源頭做不正確的假設將導致對高速抖動測試的矛盾.這篇文章所列的方法解決了這些問題.