光譜分析儀(yi) (OSA) 最初用於(yu) 測量光信號的功率譜。在引入了波分複用 (WDM) 之後，光譜分析儀(yi) 得到普及，因為(wei) 標準功率計無法區分多個(ge) 波長（通道下的光功率）。然而，盡管大多數人都熟悉 OSA 的典型應用，即對網絡進行故障排除或者測量通道功率和噪聲級別，但是由於(yu) 種種原因，這些獨特的測量設備仍未獲得市場的廣泛認可。其中一個(ge) 原因是，OSA 的真實能力在某種程度上被低估，尤其是在嚐試將光纖跨段最大化這一方麵。

　　本文將介紹光信噪比 (OSNR) 的概念及其重要性，以及網絡的 OSNR 不佳所造成的後果，同時還將介紹目前市場中出現的 OSA，最後將說明如何使用 OSA 來充分開發光纖鏈路。

　　光信噪比
　　OSNR 的概念在鑒定 WDM 網絡方麵至關(guan) 重要。它能夠定量檢測信號沿光纖傳(chuan) 播途中，被噪聲幹擾的程度。計算方法是將信號總功率除以 0.1 nm 帶寬中的噪聲功率。圖 1 示出了 OSA 測量的典型信號，其功率約為(wei) -22 dBm，背景噪聲約為(wei) -46 dBm；因此，該示例中 OSNR 約為(wei) 24 dB。
 

圖 1. 光信噪比 (OSNR) 示例

　　OSNR 的重要性
　　為(wei) 何測量 OSNR 很重要？OSNR 與(yu) 誤碼率 (BER) 之間存在直接關(guan) 係，其中 BER 是衡量傳(chuan) 輸質量的終極值。如圖 2 中所詳述，OSNR 越高則誤碼率越低，也即傳(chuan) 輸錯誤越少。相反，OSNR 較低（或較差）可能會(hui) 增加維修用車、降低服務質量 (QoS)（請參閱圖 3）。
 

圖 2. OSNR、BER 和 QoS 之間的關(guan) 係
 

圖 3. OSNR 較低（或較差）的影響

網絡的 OSNR
　　探討 OSNR 隨著信號在光纖中傳(chuan) 播所發生的變化十分有趣。圖 4 顯示了一種典型網絡實現，由在一條光纖上複用的八個(ge) 波長組成。（請注意，在傳(chuan) 播路徑中使用了四個(ge) 摻鉺光纖放大器 (EDFA) 來提升信號功率。）如圖所示，每個(ge) EDFA 都會(hui) 放大已經存在的信號和噪聲，同時自身也會(hui) 產(chan) 生噪聲。因此，OSNR 在信號相繼通過放大器後會(hui) 下降。由於(yu) OSNR 隨距離變化，所以通常會(hui) 在網絡的不同位置監測 OSNR，而不僅(jin) 僅(jin) 是在發送器端和接收器端監測。

圖 4. 在光纖中傳(chuan) 播時 OSNR 的演進
 

　　網絡中的噪聲源
　　EDFA 是網絡中的主要噪聲源，來自稱為(wei) “放大自發輻射”(ASE) 的過程。典型的 EDFA 包含激光器（稱為(wei) “泵浦”源），如果工作在 980 nm波長，則將鉺離子從(cong) 基態 L1 激發至 L3（請參閱圖 5）；如果工作在 1480 nm 波長，則從(cong) L1 激發至 L2。處於(yu) L3 的離子很快就衰變到 L2。如果光纖中有 1550 nm 的信號通過，則信號光子會(hui) 激發能級 L2 的離子下降到 L1，產(chan) 生一個(ge) 與(yu) 信號光子具有相同波長，相同傳(chuan) 播方向的新光子。信號因而會(hui) 通過受激輻射得到放大。鉺離子也可以通過自發輻射從(cong) 能級 L2 衰減至 L1，這種情況會(hui) 隨機發生並產(chan) 生光子。這些光子同樣能夠使鉺離子產(chan) 生受激輻射，並得到放大，從(cong) 而導致 ASE 噪聲。相應地，每個(ge) EDFA 都會(hui) 因為(wei) 其 ASE 而降低已放大信號的 OSNR。如果信號相繼通過多個(ge) EDFA，則第一個(ge) EDFA 通常會(hui) 導致 OSNR 下降約 3 dB，之後的 EDFA 導致的 OSNR 下降量少於(yu) 3 dB。

圖 5. EDFA 中的自發輻射和受激輻射

　　市場中當前出現的 OSA
　　在典型的激活和試運行過程中，現場技術人員可能會(hui) 首先使用光纖探測器來確認連接器是否清潔，然後使用功率計測試光纖中的損耗。如果損耗大於(yu) 通過值，則現場技術人員會(hui) 使用光時域反射儀(yi) (OTDR) 來查找故障，而測試順序的最後一步通常是 BER 測試。然後，服務開通團隊會(hui) 打開發送器並執行 OSA 測量，以檢查每個(ge) 通道的中心波長和功率級別，在某些情況下也會(hui) 檢查 OSNR。在這種情況下，在冗長的要執行的測試列表中，OSA 測量可能會(hui) 被視為(wei) 用處不大的額外測量。事實上，這種錯誤假設忽視了 OSA 在充分利用光纖網絡方麵的真正價(jia) 值。

　如何使用 OSA 將網絡的潛力最大化
　　網絡性能評估的最緊要的一套指標（通道平坦度、最小功率等）裏，OSA 是極少數能夠發揮網絡最大潛力的測量工具之一。使用 OSA 可以執行以下三項操作來優(you) 化網絡性能：增加通道數量；增加數據速率；在實驗室中測試不同網絡配置。

　　通過測量 OSNR、通道間距和信號光譜寬度，OSA 允許網絡規劃人員判斷是否能夠增加通道數量（圖 6）。假設網元可以處理更緊密的通道間距（例如,考慮複用/解複用），那麽(me) 增加額外的通道可以輕鬆增加光纖徑距的帶寬。

圖 6. 使用 OSA 判斷是否可以增加通道數量

　　第二，OSA 使得技術人員能夠判斷是否可以增加光纖徑距的數據速率，因為(wei) 它可以測量信號的光譜寬度。眾(zhong) 所周知，信號的光譜寬度隨著數據速率的增加而增加。例如，如果 10 Gbits/s 通道在圖 7 中顯示為(wei) 黑色，則數據速率可以增加至 40 Gbit/s（以紅色顯示）而不會(hui) 影響網絡性能，隻要在色度色散 (CD) 和偏振模色散 (PMD) 的容限內(nei) 。重要的是要確保更大的光譜寬度不會(hui) 導致通道重疊，否則可能會(hui) 增加 BER。因此，更高的數據速率會(hui) 進一步優(you) 化光纖容量的使用。

圖 7. 使用 OSA 判斷是否可以增加數據速率

　　10 Gbit/s 的通道顯示為(wei) 黑色，而 40 Gbit/s 的通道顯示為(wei) 紅色。

　　通過 OSA 充分利用網絡潛力的第三種方式是，允許在實驗室環境中測試不同網絡配置。事實上，網絡設計者/規劃者希望在推出之前（於(yu) 實驗室中）評估放大器的數量、位置和增益以及色散補償(chang) 器的位置、通過 #p#分頁標題#e#ROADM 分插波長等原因對網絡造成的影響。OSA 是唯一一款能夠從(cong) 全局角度反映所有這些因素在光學層上所造成的後果的儀(yi) 器，同時還能夠識別可能的問題以及可以改善的領域。

　　結論
　　OSA 是一款功能強大的測量設備，可以測量 OSNR 並鑒定光纖鏈路，因為(wei) OSNR 與(yu) BER 直接相關(guan) 。OSNR 不佳會(hui) 增加維修用車、延長停機時間等，從(cong) 而對網絡造成負麵影響。除此之外，使用 OSA 可以通過增加通道數量、提升數據速率或測試不同網絡配置來充分利用網絡容量。