Gli ultimi anni hanno vista una drastica crescita della richiesta di banda anche sulle reti ottiche, tanto da saturare in alcune applicazioni la capacità di trasmissione dati resa disponibile dalla tecnologia WDM, nonostante questa consenta ormai piuttosto agevolmente di multiplexare fino 40 canali a 10 Gbps su singola fibra.
Il mercato sta rapidamente evolvendo verso soluzioni DWDM 100 G grazie anche all'introduzione di nuove tecniche di modulazione ottica che consentono di aumentare il numero di bit per simbolo trasmessi. A tali frequenze diventano tuttavia più importanti gli effetti delle perdite nella trasmissione del segnale lungo la fibra, in termini ad esempio di dispersione Pmd (Polarization mode dispersion) e Cd (Chromatic dispersion), di rapporto segnale rumore, di non linearità della risposta. Ciò comporta evidentemente la necessità di nuovi strumenti di verifica e test dei propri sistemi. In risposta a questa esigenza, non a caso, le principali aziende produttrici di oscilloscopi e analizzatori di stato e protocollo hanno iniziato a proporre nell'ultimo periodo modelli innovativi di analizzatori di modulazione ottica, per poter supportare i progettisti nelle fasi di sviluppo e validazione. Di seguito presentiamo alcune delle soluzioni più interessanti in questo settore disponibili oggi sul mercato.
Agilent
L'N4391A e l'N4392A sono i due modelli supportati oggi da Agilent per applicazioni in sistemi di trasmissione ottica con data rate da 400 Gb/s a 1 Tb/s. Il primo opera nell'intervallo di lunghezze d'onda tra 1528 nm e 1630 nm con un piano di rumore tipico di 1.8 % rms Evm (Error vector magnitude). La banda RF è fino a 33 GHz e la frequenza di simbolo massima supportata è di fino a 60 Gbaud.
Il modello N4391A implementa 4 diversi algoritmi proprietari di compensazione delle distorsioni dovute a dispersione Pmd (Polarization mode dispersion) e Cd (Chromatic dispersion), consentendo parallelamente la misura in-channel di tali parametri per la caratterizzazione del link. In alternativa consente l'esecuzione di algoritmi proprietari, supportando in maniera nativa i principali ambienti di sviluppo C, C++ e Matlab; sono forniti esempi di riferimento per l'integrazione di applicativi custom per accelerare il ciclo di sviluppo e validazione. Vi è inoltre la possibilità di modificare il guadagno di anello nel circuito di tracking di polarizzazione e fase consentendo di replicare condizioni quanto più possibile vicine al caso reale per il sistema finale. Lo strumento è corredato dal software standard Vsa (Vector Signal Analysis) opportunamente esteso con funzionalità proprie delle applicazioni ottiche. Relativamente alle funzionalità di demodulazione, sono supportati gli schemi standard duo binario, 8 Qam e 16 Psk oltre a modulazioni, configurabili dall'utente, di tipo Apsk (con fino a 8 livelli di ampiezza) e Ofdm. Ovviamente, a valle della demodulazione, è possibile visualizzare i diagrammi I-Q e la costellazione ottica del segnale ricevuto oltre al digramma ad occhio I-Q (in cui si rappresentano parte reale e immaginaria del segnale in funzione del tempo, come scandito dal clock di simbolo ricostruito); quest'ultima è utile in particolare per i più semplici schemi di trasmissione Ook (On/Off keying). Tra le funzionalità di analisi di integrità di segnale e misura del Ber di linea, si segnalano invece la capacità di misurare l'errore Evm (che una volta visualizzato consente di verificare piuttosto velocemente quanto ci si discosta del segnale ideale) e l'errore di fase, la possibilità di ricostruire in tempo reale lo spettro mediante Fft o creare lo spettrogramma del segnale (codificando mediante una mappa a colori i valori di ampiezza). Il modello N4391A supporta controllo remoto Scpi e può essere integrato con gli oscilloscopi della serie Infiniium 90000 Q della stessa Agilent, oppure con oscilloscopi di terze parti. Nel primo caso si ha una soluzione integrata, disponibile anche con oscilloscopi a 4 canali di ingresso per l'analisi di sistemi che usino polarizzazione duale. Simili a quelle dell'N4391A sono anche le caratteristiche dell'N4392A, che si propone, in alternativa, principalmente come uno strumento compatto (avendo dimensioni pari a 33 x 43 x 23 cm), portatile (il peso è inferiore a 13 Kg) e di costo inferiore. Integra le funzionalità di ricevitore ottico, analisi e demodulazione di segnale. Ha banda di ingresso di 20 GHz, frequenza di campionamento massima di 63 GS/s, baud rate massimo di 35 Gbaud (corrispondente a 140 Gbps massimi in modulazione DP-QPSK), profondità di memoria di 16 mila campioni. Opera nella banda tra 1527.6 nm e 1565.5 nm.
EXFO
Compatto (288 x 439 x 381 mm) e portatile (27 Kg) è anche il PSO-200 di EXFO. Lo strumento, che opera al solito nella finestra di lunghezze d'onda tra 1530 e 1565 nm, ha una banda analogica di oltre 60 GHz e supporta rate di trasmissione oltre i 100 GBaud per applicazioni fino a 1 Tbps e oltre; la massima potenza del segnale di ingresso accettata è 25 dBm. Sono supportate le modulazioni Ook, Bpsk, Psk, Qpsk, Dqpsk, 16-Qam, Apsk, DP-RZ, DP-Nrz, DP-Apsk, DP-Bpsk, DP-Psk , DP-Qpsk, DP-Dqpsk e DP-16-Qam. Anche in questo caso sono presenti le tipiche funzioni di analisi e misura per il segnale ottico e il dato demodulato. Vi è pure la possibilità di simulare l'effetto di elementi a limitata larghezza di banda eventualmente presenti nella catena RF, grazie all'inserzione di filtri (Butterwoth, Bessel-Thomson o Chebyshev) sul segnale ricostruito. Il PSO-200 è dotato di schermo Tft touchscreen da 15.4”, interfacce Lan e Usb e monta il sistema operativo Windows 7. Interessante, soprattutto per le realtà aziendali più piccole, è la possibilità di richiedere lo strumento in affitto fino a 6 mesi, scontando quindi in parte quanto pagato nel caso di successivo acquisto. Il PSO-200 adotta campionamento ottico, come pure la analoga serie di oscilloscopi PSO-100 della stessa EXFO che si caratterizzano per la disponibilità di fino a 2 canali di conversione di ingresso con larghezza di banda ottica oltre i 500 GHz ed operanti nelle bande C ed L.
Tektronix
Si chiama OM4000 CLSA (Coherent Lightwave Signal Analyzer) la serie proposta da Tektronix di analizzatori per la caratterizzazione e il test dei sistemi di modulazione ottica. Lo strumento include, come per la soluzione di Agilent presentata precedentemente, il ricevitore coerente per segnali ottici polarization-diversity e phase-diversity e il software di analisi con funzionalità di misura e demodulazione. Il CSLA opera nelle bande C (da 1527.6 a 1565.5 nm) ed L (da 1570.01 a 1608.76 nm), con una larghezza di banda elettrica compresa, a seconda dei modelli, tra 23 GHz (OM4006D) e 33 GHz (OM4106D); il primo modello può essere integrato con un generico oscilloscopio di terze parti (di opportune caratteristiche) mentre il secondo opera soltanto con strumenti Tektronix. Sono supportati sia oscilloscopi di tipo real-time che equivalent-time, a seconda che l'applicazione richieda più elevato sampling rate o migliore risoluzione verticale. In unione con gli oscilloscopi Tektronix della serie DPO73304D, si è in grado di caratterizzare link con baud rate fino a 60 Gbaud e bit rate fino a 240 Gbps con modulazione PM-Qpsk. Tutti i modelli CLSA sono controllabili da remoto mediante porta Ethernet. Dispongono di foto-rivelatori ad elevata linearità, così da poter lavorare con livelli di potenza ottica elevata senza necessità di amplificatori elettrici e di laser Ecld impiegabili come oscillatore locale e per self-test.
Si chiama invece OUI (OM4000 Series User Interface) l'interfaccia grafica di controllo e analisi disponibile per i modelli della serie OM4000 CLSA. Riceve i campioni digitalizzati del segnale direttamente dall'oscilloscopio connesso al ricevitore ottico e li elabora sotto Matlab visualizzando su schermo i risultati. Supporta tutti i principali tipi di modulazione (Ook, 3-state Ook, Bpsk, Qpsk, 8, 16, 32, 64-Qam, Offset Qpsk e 8-Psk) e le tipiche funzionalità di analisi dati per diagrammi di costellazione, diagramma ad occhi e rappresentazioni in funzione del tempo, come pure la misura dei parametri di dispersione Pmd e Cd e la relativa compensazione. OUI è integrabile in applicativi di terze parti e controllabile mediante interfaccia .NET o Wcf. D'altra parte, essendo sviluppata nativamente sotto Matlab, può essere estesa sotto questo ambiente da utenti esperti, per introdurvi funzionalità specifiche della propria applicazione. Oltre ad essere disponibile a corredo degli strumenti CLSA, come detto, può essere acquistata individualmente e utilizzata con ricevitori ottici di terze parti (non tutte le funzionalità in questo caso potrebbero ovviamente essere disponibili).
Altro prodotto interessante di Tektronix nell'ambito delle soluzioni per la caratterizzazione di sistemi di modulazione ottici, è l'OM2210. Lo strumento dispone di due sorgenti, a frequenza configurabile nelle bande C ed L con variazione minima di 50 GHz, e di switch di polarizzazione. Può essere impiegato per eccitare un ricevitore coerente con un segnale noto, in modo da poterne estrarre la funzione di trasferimento. È utile quindi per la caratterizzazione di un ricevitore nel caso reale o la calibrazione di un proprio strumento di misura (come l'OM4000 descritto in precedenza).
Southern Photonics / LeCroy
Southern Photonics propone invece la serie IQScope. Tali analizzatori si evidenziano per una banda RF di fino a 45 GHz e un baud rate massimo rivelabile di 56 Gbaud, corrispondente a un bit rate di trasmissione di fino a 450 Gbps per modulazione DP-16 Qam o 250 Gbps in DP-Qpsk. Lo strumento opera nella banda tra 1527.60 nm e 1565.50 nm con massima potenza di ingresso di +14 dBm. Supporta l'integrazione con oscilloscopi di tipo equivalent-time consentendo così l'acquisizione del segnale RF I+Q con basso rumore di fondo, la relativa digitalizzazione con fino a 15 bit di risoluzione, il campionamento di fino a 2000 punti per baud. Le principali modulazioni supportate sono Bpsk, Dpsk, Qpsk, Dqpsk, 16Qam, 64Qam, Dp-Bpsk, Dp-Dpsk, Dp-Qpsk, Dp-Dqsk, Dp-16Qam, Dp-64Qam; come per i modelli analoghi presentati in precedenza, sono disponibili tutte le funzionalità tipiche di visualizzazione e misura. Il software di elaborazione può essere installato sull'oscilloscopio connesso al ricevitore stesso oppure su Pc remoto. L'interfaccia di controllo remoto è di tipo GbE. Per applicazioni a più basso costo, in sistemi operanti tipicamente (al massimo) intorno ai 100 Gbps, ne è disponibile la versione IQScope-30 che presenta banda RF di 30 GHz e baud rate sostenuto di 40 Gbaud. Tale modello è disponibile pure nelle opzioni con supporto per polarizzazione duale e con oscillatore locale integrato.
Durante la recente conferenza ECOC 2012, inoltre, Southern Photonics ha presentato in collaborazione con LeCroy il nuovo modello IQScope-RT in grado di lavorare con gli oscilloscopi real-time LabMaster 10 Zi della casa newyorkese ora di proprietà Teledyne. La soluzione integrata mette insieme le prestazioni di punta dei ricevitori coerenti di Southern Photonics con oscilloscopi caratterizzati da larghezza di banda di fino a 65 GHz e capacità di campionamento fino a 160 GS/s. Lo strumento dovrebbe essere disponibile nel corso del 2013 e rappresenta il primo risultato della collaborazione tra le due aziende, annunciata a inizio 2012. Grazie proprio a questa collaborazione con Southern Photonics, LeCroy riesce così a rientrare nel mercato degli analizzatori ottici dal quale era stata in qualche modo estromessa a seguito della acquisizione da parte di Tektronix, nel luglio 2011, della società Optometra, all'epoca tra i partner di riferimento di LeCroy per il settore.
