27-EFT.WP.Packets.Light v1.0 | 第11章 光学计量与遥测（OSNR/功率/星座/EVM）

目录 ／ 文档-技术白皮书 ／ 27-EFT.WP.Packets.Light v1.0

第11章 光学计量与遥测（OSNR/功率/星座/EVM）

一句话目标：建立光包链路的OSNR/功率/星座/EVM统一计量与遥测口径，给出解析口径 vs 测量口径两口径并行的映射与校核，并将证据与阈值清单化发布。

I. 范围与对象

1. 输入
   • 成帧与时基：frame_spec（第3章）、tau_mono/ts；
   • 计量通道与设备：OSA（光谱分析，RBW/NBW）、功率计/监测光口、相干接收 I/Q 采样（ADC）、计数器/时间戳；
   • 参考与约束：RefCond（温度/带宽/分辨率/校准系数），掩膜与带宽定义 B/B_eff。
2. 输出
   • 光学计量：OSNR_lin/dB, P_rx/P_tx/IL, Q_factor（如适用）；
   • 电域星座与误差：{sym, EVM_rms, EVM_raw}, 推导 SNR_est/BER_est；
   • 两口径差：解析口径（公式/链路模型推导） vs 测量口径（OSA/ADC/功率计实测）差 delta_form_meas；
   • 清单 manifest.packet.meas.* 与契约结果。
3. 边界
   传播与补偿见第2/第6章；调制/检测映射见第4章；本章聚焦计量定义/估计/落盘。

II. 名词与变量

• 光谱与功率：P_sig, P_noise(RBW)，OSNR_lin = P_sig / P_noise(RBW)，OSNR_dB = 10log10(OSNR_lin)；RBW/NBW（分/噪声带宽）。
• 电域与星座：已均衡符号 s_k，理想星座点 s*_k，误差 e_k = s_k - s*_k；EVM_rms = sqrt( ∑|e_k|^2 / ∑|s*_k|^2 )。
• Q 因子（OOK/二元相干）：Q = ( μ_1 - μ_0 )/( σ_1 + σ_0 )；BER ≈ Q( Q/√2 ) 或 BER ≈ 0.5 erfc( Q/√2 )。
• 频带与掩膜：主带 B，相邻带 B_adj，ACLR/OBB 见第4章；
• 两口径：解析（由 OSNR/SNR 到 EVM/BER 的映射）与测量（EVM/BER/OSNR 实测）。

III. 公设 P611-*

• P611-1（两口径并行）：对每个测量窗口，必须同时发布解析口径（公式映射得到的 EVM_pred/BER_pred）与测量口径（EVM_meas/BER_meas/OSNR_meas），记录 delta_form_meas。
• P611-2（测度与域显式）：频域 ( ∫_{f∈B} · df )、时域 ( ∫_{t∈W} · dt )、符号集合 ( ∑_{k∈S} · ) 必声明域与测度。
• P611-3（量纲合规）：unit(OSNR_lin)="1", unit(OSNR_dB)="dB", unit(EVM)="1", unit(P)="W/dBm"；check_dim 必通过，dB↔线性换算记录于清单。
• P611-4（校准可追溯）：功率/频率/相位/偏置的校准系数与证书（cal.hash）落盘；任何换档（RBW/NBW）须记录。
• P611-5（掩膜一致）：B/B_adj/RBW 与第4章频谱掩膜一致，避免跨章口径漂移。

IV. 最小方程 S611-*

1. OSNR 估计（OSA/电域推断）
   • OSA 零阶：OSNR_lin = P_sig / P_noise(RBW)；换算到参考带宽 RBW_ref：
     OSNR_lin@RBW_ref = OSNR_lin * ( RBW / RBW_ref )；OSNR_dB@RBW_ref = OSNR_dB + 10log10(RBW/RBW_ref)。
   • 电域 in-band OSNR（简化）：从导频/空子载估计噪声功率密度 N0：OSNR_lin ≈ P_sig / ( N0 * RBW_ref )（声明方法与偏差）。
2. EVM 与 SNR/OSNR 映射（AWGN 近似）
   EVM_rms^2 ≈ 1 / SNR_lin；若仅有 OSNR：SNR_lin ≈ OSNR_lin * ( R_s / RBW_ref )（第4章），再得 EVM_pred。
3. BER 映射
   • M-QAM（灰码）误码率（第4章复用）：
     BER_pred ≈ 4 (1 - 1/√M) Q( √( 3 log2(M) / (M-1) · SNR_lin ) ) / log2(M)。
   • OOK/BPSK：BER_pred ≈ Q( √(2 · SNR_lin) )。
4. 功率与插损
   • P_rx(dBm) = P_tx(dBm) - IL_chain(dB) + G_amp(dB)，IL_chain = ∑ devices IL；
   • 量测一致：IL_meas(dB) = P_tx_meas - P_rx_meas - G_amp_meas；ΔIL = IL_meas - IL_config。
5. 星座度量
   • EVM_rms = sqrt( ∑|e_k|^2 / ∑|s*_k|^2 )；
   • 归因：EVM^2 ≈ EVM_CD^2 + EVM_PMD^2 + EVM_NL^2 + EVM_ASE^2 + EVM_IQ^2（残差分解，来源需落盘）。
6. 两口径差
   delta_form_meas = w_e |EVM_pred - EVM_meas| + w_b |BER_pred - BER_meas| + w_o |OSNR_pred - OSNR_meas|。

V. 计量流程 M60-11（就绪→量测→推断→校核→落盘）

1. 就绪：冻结 RefCond、B/RBW、校准系数与设备 cal.hash；统一单位（dBm, dB, W）。
2. 量测：
   • OSA：扫频得 P_sig/P_noise；
   • 功率计/监测光口：P_tx/P_rx；
   • I/Q：均衡→星座→EVM_meas/BER_meas/SNR_est/Q_factor。
3. 推断：用 S611-* 由 OSNR/SNR 推导 EVM_pred/BER_pred；必要时按第4章进行 OSNR↔SNR 换算。
4. 校核：
   • 计算 delta_form_meas；
   • 校验频谱掩膜/ACLR 与 B/RBW；
   • 守恒与一致：IL_config 与 IL_meas，OSNR 与 EVM/BER 的一致性；
   • 记录不确定度 u/U（噪声统计、RBW 换算、校准不确定度等）。
5. 落盘：manifest.packet.meas.* = {B,RBW, OSNR_{meas,pred}, EVM_{meas,pred}, BER_{meas,pred}, P_{tx,rx}, IL, Q_factor, delta_form_meas, cal.hash, RefCond, contracts.*, signature}。

VI. 契约与断言 C60-11x（建议阈值）

• C60-1101（两口径差）：delta_form_meas_p95 ≤ tol_meas（如 tol_meas = 0.1·EVM_pred + 1e-3 或 0.2·BER_pred）。
• C60-1102（掩膜一致）：B/RBW 与第4章一致，ACLR/OBB 达标；违约拒发。
• C60-1103（校准有效）：计量设备校准在有效期内，cal.hash 可追溯；跨设备漂移 ≤ drift_max。
• C60-1104（量纲合规）：check_dim(OSNR_lin)=1, check_dim(P_rx)="W" or "dBm"，check_dim(EVM)=1。
• C60-1105（一致性门）：若 EVM_meas 与 OSNR_meas 映射误差持续超阈，触发“回归物理/补偿参数”策略卡（见第6章/第8章）。
• C60-1106（面板新鲜度）：计量面板更新 ≤ Δt_panel_max，覆盖 ≥ cov_min。

VII. 实现绑定 I60-11*（接口原型、输入输出、不变量）

• I60-111 measure_osa(trace, B, RBW) -> {OSNR_meas_lin, P_sig, P_noise, meta}
• I60-112 measure_power(monitor) -> {P_tx, P_rx, IL_meas}
• I60-113 measure_constellation(iq, frame_spec, eq_cfg) -> {sym, EVM_meas, BER_meas, SNR_est, Q_factor}
• I60-114 predict_from_osnr(mod, OSNR_lin, Rs, RBW) -> {SNR_pred, EVM_pred, BER_pred}
• I60-115 compare_dual_meas(pred, meas, weights) -> delta_form_meas
• I60-116 propagate_uncertainty(cal, RBW, noise_stats) -> {u(OSNR), u(EVM), u(P)}
• I60-117 emit_meas_manifest(results, policy) -> manifest.packet.meas
  不变量：two_forms_present=true；unit/dim 校核通过；校准与掩膜键入清单；OSNR↔SNR 换算口径落盘。

VIII. 交叉引用

• 物理基线与补偿：第2/第6章；
• 成帧与对齐：第3章；
• 调制/编码/检测映射与掩膜：第4章；
• 到达时一致化：第8章；
• 交换与路由/功率计划：第9章；
• 面板与运行时：第14章（计量面板字段）。

IX. 质量与风控

1. SLI/SLO：delta_form_meas_p95, OSNR_dB_p95, EVM_p95, BER_postFEC_target, P_rx_stability, cal_valid_rate, panel_freshness。
2. 回退策略：
   • delta_form_meas 超阈→以测量口径为准回写解析口径或补偿参数；
   • OSNR/EVM 漂移→触发功率/均衡/补偿重算；
   • 校准过期→屏蔽计量并降级；
   • 掩膜违约→降阶/限带或 DPD。
3. 审计：OSA/星座快照、校准证据、换算口径版本、清单签名链与回放一致性。

小结

• 本章把OSNR/功率/星座/EVM 计量统一为解析 vs 测量两口径并行发布的工程框架；
• 通过 P611/S611/M60-11/C60-11x/I60-11* 与清单 manifest.packet.meas.*，保障光学计量与遥测的可追溯、可审计、可回退，为第12–15章的多径、安全、运行与用例提供标准化输入与面板支撑。