【光电通信】400G相干光模块测试

今日光电 2024-09-08 18:30 102浏览 0评论 0点赞

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4 400 G 相干光模块测试

4. 1 实验测试系统

本文基于图 6 所示原理系统搭建了图 7 所示的实验测试系统，利用该实验系统对 400ZＲ和 400ZＲ+相干光模块进行测试。通过相干光模块的规格参数测试结果验证该自动化测试系统的软硬件是否正常工作、测试效率以及测试结果的一致性。实验系统利用综合业务仪表( VIAVI，ONT804) 提供标准的相干光模块适配接口，不需要额外的专用测试控制板，并能提供业务收发功能。被测光模块的收发光接口与一个 2×2 光开关相连，通过控制光开关切换发射或接收光路。发射光信号与 ASE噪声信号由分光器 3 耦合后注入光纤盘中，然后经可调滤波器、光衰减器 2 后返回接收端。通过光功率计 1 和 2检测光信号经光纤盘前后的功率变化，通过光谱仪测量发端光信号的光谱。其中，光开关、光衰减器、光放大器、偏振控制器、可调光滤波器、光谱仪和光功率计等均为可编程元件，通过热插拔方式放置在集成光测试平台( VIAVI，MAP380) 中，由主机通过软件编程进行调控。

实验测试时，获取了测试时间、模块功耗、模块时延、发送 OSNＲ、接收 OSNＲ容限等关键指标的测试结果，进行对比分析。在测试模块功耗时，设置 FEC 裕量参数＜ 3，测量链路无丢包误码时的最大功耗。在测试模块时延时，设置帧长 64 bytes 的 400GE 流量，通过自环统计平均时延。对于测试样品，选择了 4 个相干光模块厂商的 15个 400ZＲ以及 4 个 400ZＲ+光模块样品进行测试，以验证本文所设计的自动化测试系统的功能和性能。其中厂商1 和厂商 2 的 6 个样品均为 400ZＲ模块，厂商 3 的 3 个样品为 400ZＲ模块，厂商 4 的 4 个样品为 400ZＲ+模块。

4. 2 测试结果与分析

图 8 所示为自动化测试系统与传统手动测试的测试时间对比结果。测试时选用了厂商 1 的 6 个 400ZＲ模块。从对比结果来看，自动化测试系统的平均测试时间约为 3. 13 h，远低于传统测试方式的 26. 54 h，约为其1 /10，测试效率提升显著。同时，传统手动测试时间波动较大，标准差约为 1. 77 h，而自动化测试时间标准差约为0. 35 h。

图9 所示为 4 个厂商的 19 个相干光模块的功耗、传输时延、发端 OSNＲ和收端 OSNＲ测试结果。表 4 为 4个厂商光模块样品的统计测试结果。从图 9( a) 的功耗测试结果来看，不同厂商的 400ZＲ或 400ZＲ+模块功耗相差较大。厂商 1 模块的平均功耗约为 15. 1 W，厂商 2 模块的平均功耗约为 16. 3 W，厂商 3 模块的平均功耗约为14. 5 W，厂商 4 模块的平均功耗约为 15. 7 W。其中，厂商 2 的各模块功耗偏差较大，约为 0. 8 W; 厂商 3 的各模块功耗偏差较小，约为 0. 1 W。由于不同厂商模块内部的光芯片以及 DSP 芯片差异较大，导致模块整体功耗相差较大。这部分偏差可以为光模块性能优化设计提供指引。但所有模块的功耗都在 20 W 以内，均满足 QSFPDD模块封装规范要求。

图 9( b) 为模块传输时延测试结果。由于相干 DSP内部集成了业务映射、节点再生功能和各种性能补偿算法，所以传输时延是衡量不同 DSP 性能的重要参考指标。可以看到，厂商 1 和厂商 2 模块的传输时延基本保持一致，大约为 6. 48 μs。厂商 3 模块的平均传输时延大约为 6. 05 μs，在所有厂商模块中是最低的。考虑到厂商4 模块为 400ZＲ+模块，DSP 内部有更复杂的帧处理和FEC 功能，传输时延较大，平均约为 7. 89 μs。

图 9( c) 和( d) 分别为不同厂商光模块发送端和接收端 OSNＲ容限测量结果。除厂商 4 的序列号 3 模块外，其他模块的发端 OSNＲ均超过 30 dB。厂商 2 和厂商 3所有模块的发端 OSNＲ性能均超过 34 dB，满足 400ZＲ标准要求［6］。对于接收端 OSNＲ容限性能，厂商 1、厂商 2和厂商 3 所有被测模块均小于 26 dB，满足 400ZＲ标准要求; 厂商 4 所有模块均小于 24 dB，满足 OpenZＲ+标准要求［11］。接收端 OSNＲ容限是相干光模块连接波分系统后，决定链路性能的重要指标［19-20］。尽管标准协议规定了其参考范围，但从实际测试结果来看，模块厂家都会优化和提高该指标性能，以提高自身产品的竞争力。

5 结论

相干可插拔光模块系统复杂度高、性能一致性要求高，导致其功能和性能测试的多样性。高效的自动化测试平台可以助力研发生产，成为推动相干光模块商用化的重要引擎之一。面对研发和生产过程环节的苛刻要求，如何提高相干光模块的测试效率和产能至关重要。为此，本文设计并实现了一种面向 400 和 800 Gb /s 相干光模块的自动化测试系统。该测试系统可以稳定、高效地对相干光模块的固件、状态时序、发射和接收端光学指标等功能或性能参数进行测试验证。利用可编程信号调理元件的自动化操控能力，以单独或组合协同方式工作，通过软件编程实现各测试功能的自动化运行。同时，本文搭建了测试系统，对不同厂商的 400ZＲ和 400ZＲ+模块进行测试验证。结果表明，相比传统手动测试方式，测试时间可以大幅降低，显著地提高模块测试效率。并且能够将测试数据存储在数据库中，将测试结果以报告的形式快速呈现出来。

该测试系统在传统测试方法的基础上提出将电域和光域特性相结合，以系统的概念进行相干光模块整体性测试，并设计和实现了针对开放性软件管理接口的测试功能。由于 800 Gb /s 可插拔相干模块还未产品化，本文并未进行相关测试验证，后续可进一步测试评估800 Gb /s 相干光模块产品。此外，该系统的设计和实现方法对 1. 6 Tb /s 甚至后续更高速率的相干光模块测试也具有参考意义。

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