過去，高速光網絡的調制方式就是簡單地以高速率對光波幅度進行打開和關斷便已足夠滿足需求。但是現在，光鏈路正在沿著無線通信所走過的路向更復雜的調制方式發展。復雜調制制式已經超越了開關鍵控的層次，開始使用幅度和相位信息對通信符碼進行編碼。光調制分析儀是適用于對目前此類光調制制式進行分析的儀器，它支持40G/100G/400G 的傳輸速率，是進行傳輸速率超過 100 Gb/s 的尖端科研的最佳儀器。

光調制分析儀的核心應用是表征發射機輸出端或鏈路上的矢量調制信號的信號質量。最重要的分析和測量內容和參數是 :
    ● 光星座圖
    ● 誤差矢量幅度 (EVM)
    ● 相位誤差
    ● 物理層 BER
    ● CD、一階 PMD 補償和測量
    ● 正交誤差
    ● IQ 不平衡
    ● I 或 Q 眼圖
    ● 高分辨率光譜
    ● 相對分析工具的光譜圖
    ● 激光器線寬

    ● 分析符號的偏振
    ● 支持 30 多種調制制式
    ● 自適應均衡
    ● 可變相位跟蹤帶寬

光調制分析儀的原理框圖

圖1是典型的光調制分析儀N4391A的照片。從圖中可看出，光調制分析儀主要由3部分組成：硬件的光參考接收機，寬帶示波器，89601B矢量信號分析軟件。

圖1  N4391A光調制分析儀照片

實際的原理框圖如圖2所示。光參考接收機把高速的光信號變成IQ的電信號，利用示波器的4通道的高速相差ADC進行信號的采集，采集后先進行硬件的校驗，然后利用89601B進行類似于無線通信的參數分析，也可以在89601B軟件里嵌入自己的算法，最后在89601B的界面上現實各種處理分析結果。 

圖2   光調制分析儀原理框圖

光 I-Q 圖

I-Q 圖也稱極性圖或矢量圖，可以顯示解調數據，即X 軸上相位內信號 (I) 與 Y 軸上正交相位信號 (Q) 的軌跡。此工具可以更深入地分析信號轉換行為，顯示過沖或指示信號在未靠近直線位置轉換時帶寬是否受限的跡象。

光星座圖

在星座圖中，信息在二維極坐標圖中顯示，表現信號的幅度和相位。星座圖顯示對應符碼時鐘時間的 I-Q 位置。這些點通常稱為探測決定點，命名為符碼。星座圖可用于識別幅度失衡、正交誤差或相位噪聲等。星座圖可用于快速分析傳輸信號的質量，因為星座圖的各個點可以顯示失真或偏置。此外，量化偏置和失真參數，可以輕松地與其它測量進行對比。

符碼表 / 誤差概述

這是利用數字解調工具強大功能獲得的一個結果。可以看到解調比特，以及解調符碼的錯誤統計。查看rms EVM 值可以快速評估調制精度，下圖也顯示了其它重要參數的報告。
    ● 頻率誤差
    ● I-Q 偏置
    ● 正交誤差
    ● 增益失衡

I 或 Q 信號的眼圖

眼圖是 I ( 實部 ) 或 Q ( 虛部 ) 信號隨時間變化的軌跡，由符號時鐘觸發。顯示可以配置，以同時顯示信號的實部眼圖 (I) 和虛部眼圖 (Q)。眼圖是光開關鍵控調制分析中常用的分析工具。但此處的分析功能添加了虛部。這一工具可以支持對比 I 和 Q 眼圖，快速發現可能的失衡。

誤差矢量幅度

誤差矢量時間軌跡顯示 I-Q 測量信號與 I-Q 參考信號對應符號點之間的計算所得誤差矢量。數據可以作為誤差矢量幅度、誤差矢量相位、僅 I 分量或僅 Q 分量顯示。該工具可以快速查看信號與理想信號的差異程度。

誤差矢量這個概念是證明復數調制信號總體性能的一個好辦法。根據合格 / 不合格標準進行的測試可以將發射機生產、校準過程中或鏈路傳輸信號過程中可能發生的所有典型誤差來源都納入測試范圍。當部署新的鏈路來傳輸復數調制信號時，可以使用這個操作簡單但功能強大的合格 / 不合格測試工具，根據已定義的限制對物理層信號質量進行測試。能夠獲得質量符合預期的物理層信號，是順利執行更高層測試協議的先決條件。

比特 / 符號 / 誤差分析

除了分析廣泛的物理參數外，光調制分析儀還可以提供比特和符號誤差分析功能。探測傳輸符號和比特的能力支持對比測量數據與實際傳輸數據。借助高達 2^31 的任意多項式 PRBS，以及可選擇的用戶定義碼型，光調制分析儀能夠實際計數錯誤符號，并測量猝發脈沖期間發生的比特誤碼率。在傳統的電接口點到點 BER 測試結果不合格時，使用這些分析工具，可以非常輕松地識別導致誤碼的原因 — 是發射機、鏈路，還是接收機。
此外，此特性還能精確地測量接收機輸入信號的質量，并能夠比較系統的總體 BER，從而使用戶能夠選擇對接收機進行軌跡測試。

復雜調制傳輸中的損傷

在描述復雜調制信號的質量時 , 需要使用多個參數。
增益失衡：增益失衡比較了 I 信號和 Q 信號的增益，以 dB 表示。在星座圖中，能夠很好地查看 IQ 增益失衡的效應 ( 星座圖的寬度與高度不匹配 )。
正交誤差：正交誤差是指 I 和 Q 正交相位之間的正交誤差。理想情況下，I 和 Q應當互為正交 ( 呈 90°)。正交誤差為-3°，意味著 I 和 Q 呈 87°。
頻率誤差：頻率誤差顯示了載波相對于本地振蕩器的頻率誤差。誤差數據以Hertz 表示，反映了儀器在接收載波鎖定時必須執行的頻率偏移數量。（注 : 頻率誤差不會影響誤差矢量幅度測量。）

IQ 偏置：IQ 偏置 ( 也稱為 I/Q 原點偏移 )表示載波饋通信號的幅度。當不存在載波饋通時，IQ 偏置為零 ( 無窮大 dB)。
幅度誤差：幅度誤差是指測量信號和 I/Q 參考信號的幅度差。
相位誤差：相位誤差是指在符碼時間內的I/Q 參考信號和 I/Q 測量信號的相位差。

SNR (MER) — 信噪比 ( 調制誤差率 )：SNR (MER) 是指信噪比 ( 調制誤差率 )，其中信號是發射波形的符碼平均功率。噪聲功率包括任何導致符碼偏離理想狀態的因素。（注 : 經過適當的歸一化后，SNR 和 OSNR 僅在高斯噪聲限值系統中是相等的(OSNR 通常是在 100 pm RBW 處測得 )。）

誤差矢量和誤差矢量幅度可作為整體度量。
EVM %rms 是對已測數據猝發中的所有誤差矢量的歸一化度量。EVM 是一個重要指標，概括了復雜調制信號的大多數減損。因此，良好的 EVM %rms 確保了信號在存在噪聲的情況下保持低減損。較差的 EVM %rms 無法指出明顯的減損參數。在這種情況下，OMA 及其它參數可以幫助對 EVM %rms 偏低的根本原因進行調試。（注意 : EVM %rms 不屬于可追溯且標準化的參數，因而僅可作為相對量度。）

作者：安捷倫科技專家  孫燈亮