過(guò)去，高速光網(wǎng)絡(luò)的調(diào)制方式就是簡(jiǎn)單地以高速率對(duì)光波幅度進(jìn)行打開(kāi)和關(guān)斷便已足夠滿足需求。但是現(xiàn)在，光鏈路正在沿著無(wú)線通信所走過(guò)的路向更復(fù)雜的調(diào)制方式發(fā)展。復(fù)雜調(diào)制制式已經(jīng)超越了開(kāi)關(guān)鍵控的層次，開(kāi)始使用幅度和相位信息對(duì)通信符碼進(jìn)行編碼。光調(diào)制分析儀是適用于對(duì)目前此類(lèi)光調(diào)制制式進(jìn)行分析的儀器，它支持40G/100G/400G 的傳輸速率，是進(jìn)行傳輸速率超過(guò) 100 Gb/s 的尖端科研的最佳儀器。

光調(diào)制分析儀的核心應(yīng)用是表征發(fā)射機(jī)輸出端或鏈路上的矢量調(diào)制信號(hào)的信號(hào)質(zhì)量。最重要的分析和測(cè)量?jī)?nèi)容和參數(shù)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(bǔ)償和測(cè)量
    ● 正交誤差
    ● IQ 不平衡
    ● I 或 Q 眼圖
    ● 高分辨率光譜
    ● 相對(duì)分析工具的光譜圖
    ● 激光器線寬

● 分析符號(hào)的偏振
    ● 支持 30 多種調(diào)制制式
    ● 自適應(yīng)均衡
    ● 可變相位跟蹤帶寬

光調(diào)制分析儀的原理框圖

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

圖1  N4391A光調(diào)制分析儀照片

實(shí)際的原理框圖如圖2所示。光參考接收機(jī)把高速的光信號(hào)變成IQ的電信號(hào)，利用示波器的4通道的高速相差A(yù)DC進(jìn)行信號(hào)的采集，采集后先進(jìn)行硬件的校驗(yàn)，然后利用89601B進(jìn)行類(lèi)似于無(wú)線通信的參數(shù)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(xiàn)實(shí)各種處理分析結(jié)果。 

圖2   光調(diào)制分析儀原理框圖

光 I-Q 圖

I-Q 圖也稱(chēng)極性圖或矢量圖，可以顯示解調(diào)數(shù)據(jù)，即X 軸上相位內(nèi)信號(hào) (I) 與 Y 軸上正交相位信號(hào) (Q) 的軌跡。此工具可以更深入地分析信號(hào)轉(zhuǎn)換行為，顯示過(guò)沖或指示信號(hào)在未靠近直線位置轉(zhuǎn)換時(shí)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(biāo)圖中顯示，表現(xiàn)信號(hào)的幅度和相位。星座圖顯示對(duì)應(yīng)符碼時(shí)鐘時(shí)間的 I-Q 位置。這些點(diǎn)通常稱(chēng)為探測(cè)決定點(diǎn)，命名為符碼。星座圖可用于識(shí)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(hào)的質(zhì)量，因?yàn)樾亲鶊D的各個(gè)點(diǎn)可以顯示失真或偏置。此外，量化偏置和失真參數(shù)，可以輕松地與其它測(cè)量進(jìn)行對(duì)比。

符碼表 / 誤差概述

這是利用數(shù)字解調(diào)工具強(qiáng)大功能獲得的一個(gè)結(jié)果。可以看到解調(diào)比特，以及解調(diào)符碼的錯(cuò)誤統(tǒng)計(jì)。查看rms EVM 值可以快速評(píng)估調(diào)制精度，下圖也顯示了其它重要參數(shù)的報(bào)告。
    ● 頻率誤差
    ● I-Q 偏置
    ● 正交誤差
    ● 增益失衡

I 或 Q 信號(hào)的眼圖

眼圖是 I ( 實(shí)部 ) 或 Q ( 虛部 ) 信號(hào)隨時(shí)間變化的軌跡，由符號(hào)時(shí)鐘觸發(fā)。顯示可以配置，以同時(shí)顯示信號(hào)的實(shí)部眼圖 (I) 和虛部眼圖 (Q)。眼圖是光開(kāi)關(guān)鍵控調(diào)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(duì)比 I 和 Q 眼圖，快速發(fā)現(xiàn)可能的失衡。

誤差矢量幅度

誤差矢量時(shí)間軌跡顯示 I-Q 測(cè)量信號(hào)與 I-Q 參考信號(hào)對(duì)應(yīng)符號(hào)點(diǎn)之間的計(jì)算所得誤差矢量。數(shù)據(jù)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(hào)與理想信號(hào)的差異程度。

誤差矢量這個(gè)概念是證明復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)總體性能的一個(gè)好辦法。根據(jù)合格 / 不合格標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行的測(cè)試可以將發(fā)射機(jī)生產(chǎn)、校準(zhǔn)過(guò)程中或鏈路傳輸信號(hào)過(guò)程中可能發(fā)生的所有典型誤差來(lái)源都納入測(cè)試范圍。當(dāng)部署新的鏈路來(lái)傳輸復(fù)數(shù)調(diào)制信號(hào)時(shí)，可以使用這個(gè)操作簡(jiǎn)單但功能強(qiáng)大的合格 / 不合格測(cè)試工具，根據(jù)已定義的限制對(duì)物理層信號(hào)質(zhì)量進(jìn)行測(cè)試。能夠獲得質(zhì)量符合預(yù)期的物理層信號(hào)，是順利執(zhí)行更高層測(cè)試協(xié)議的先決條件。

比特 / 符號(hào) / 誤差分析

除了分析廣泛的物理參數(shù)外，光調(diào)制分析儀還可以提供比特和符號(hào)誤差分析功能。探測(cè)傳輸符號(hào)和比特的能力支持對(duì)比測(cè)量數(shù)據(jù)與實(shí)際傳輸數(shù)據(jù)。借助高達(dá) 2^31 的任意多項(xiàng)式 PRBS，以及可選擇的用戶定義碼型，光調(diào)制分析儀能夠?qū)嶋H計(jì)數(shù)錯(cuò)誤符號(hào)，并測(cè)量猝發(fā)脈沖期間發(fā)生的比特誤碼率。在傳統(tǒng)的電接口點(diǎn)到點(diǎn) BER 測(cè)試結(jié)果不合格時(shí)，使用這些分析工具，可以非常輕松地識(shí)別導(dǎo)致誤碼的原因 — 是發(fā)射機(jī)、鏈路，還是接收機(jī)。
此外，此特性還能精確地測(cè)量接收機(jī)輸入信號(hào)的質(zhì)量，并能夠比較系統(tǒng)的總體 BER，從而使用戶能夠選擇對(duì)接收機(jī)進(jìn)行軌跡測(cè)試。

復(fù)雜調(diào)制傳輸中的損傷

在描述復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的質(zhì)量時(shí) , 需要使用多個(gè)參數(shù)。
增益失衡：增益失衡比較了 I 信號(hào)和 Q 信號(hào)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(yīng) ( 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(yīng)當(dāng)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(duì)于本地振蕩器的頻率誤差。誤差數(shù)據(jù)以Hertz 表示，反映了儀器在接收載波鎖定時(shí)必須執(zhí)行的頻率偏移數(shù)量。（注 : 頻率誤差不會(huì)影響誤差矢量幅度測(cè)量。）

IQ 偏置：IQ 偏置 ( 也稱(chēng)為 I/Q 原點(diǎn)偏移 )表示載波饋通信號(hào)的幅度。當(dāng)不存在載波饋通時(shí)，IQ 偏置為零 ( 無(wú)窮大 dB)。
幅度誤差：幅度誤差是指測(cè)量信號(hào)和 I/Q 參考信號(hào)的幅度差。
相位誤差：相位誤差是指在符碼時(shí)間內(nèi)的I/Q 參考信號(hào)和 I/Q 測(cè)量信號(hào)的相位差。

SNR (MER) — 信噪比 ( 調(diào)制誤差率 )：SNR (MER) 是指信噪比 ( 調(diào)制誤差率 )，其中信號(hào)是發(fā)射波形的符碼平均功率。噪聲功率包括任何導(dǎo)致符碼偏離理想狀態(tài)的因素。（注 : 經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)臍w一化后，SNR 和 OSNR 僅在高斯噪聲限值系統(tǒng)中是相等的(OSNR 通常是在 100 pm RBW 處測(cè)得 )。）

誤差矢量和誤差矢量幅度可作為整體度量。
EVM %rms 是對(duì)已測(cè)數(shù)據(jù)猝發(fā)中的所有誤差矢量的歸一化度量。EVM 是一個(gè)重要指標(biāo)，概括了復(fù)雜調(diào)制信號(hào)的大多數(shù)減損。因此，良好的 EVM %rms 確保了信號(hào)在存在噪聲的情況下保持低減損。較差的 EVM %rms 無(wú)法指出明顯的減損參數(shù)。在這種情況下，OMA 及其它參數(shù)可以幫助對(duì) EVM %rms 偏低的根本原因進(jìn)行調(diào)試。（注意 : EVM %rms 不屬于可追溯且標(biāo)準(zhǔn)化的參數(shù)，因而僅可作為相對(duì)量度。）