DE19504896A1 - Transparent optical network transmission quality monitoring - Google Patents

Abstract

The monitoring of the transmission quality for SDH and ATM networks is carried out by forming bit-interleaved-parity (BIP) via a block of data. Direct access to the data is required for monitoring of the transparent network. The partial signal is sampled, and the sampling frequency which is asynchronous w.r.t. the signal pulse frequency is about one- thousandth of the signal frequency. The amplitude samples thus obtained are evaluated statistically. An A to D converter is used for sampling. The optical network includes a fibre optic directional coupler (FORK) and an optoelectrical transducer (OEW). The A-to-D converter has an 8-bit resolution at 100 MHz, and provides 8-bit words to the processor.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze entspre­ chend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung zur Durchführung des Verfahrens.The invention relates to a method for monitoring the Transmission quality of transparent optical networks correspond chend the preamble of claim 1 and an arrangement for Execution of the procedure.

Optische Netze auf der Basis hochbitratiger, fasergebundener Übertragungsstrecken mit optischen Umschaltern und gegebenen­ falls auch mit optischem Frequenzmultiplex stellen das zukünftige Transportnetz der Telekommunikation dar. Bereits bestehende Netze werden sich auf diesem, vorerst als Overlay zu installierenden Netz abstützen.Optical networks based on high bit rate, fiber-bound Transmission lines with optical switches and given if also with optical frequency division multiplexing future telecommunications transport network. Already existing networks will be based on this, initially as an overlay support the network to be installed.

Die zu erwartende Weiterentwicklung der Kommunikationsnetze macht es erforderlich, die optischen Netze möglichst transpa­ rent für ihre Benutzer zu gestalten. Dabei sind verschiedene Grade der Transparenz möglich. So ist zu unterscheiden, ob ein Netz hinsichtlich der Modulationsart, des Leitungscodes, der Taktfrequenz und/oder des Übertragungsformats - also bei­ spielsweise der Wahl zwischen der plesiochronen oder der syn­ chronen digitalen Hierarchie - transparent ist. Von prakti­ scher Bedeutung sind dabei eine Reihe von Kombinationen, wo­ bei ein Netz maximaler Transparenz hinsichtlich Modulations­ art, Leitungscode, Taktfrequenz und Übertragungsformat trans­ parent ist, bei weniger hoher Transparenz ist die Modula­ tionsart festgelegt, bei weiter abgesunkener Transparenz ist auch die Freiheit bezüglich des Leitungscodes entfallen und bei geringer Transparenz besteht nur Freiheit hinsichtlich des Übertragungsformats.The expected further development of the communication networks makes it necessary to make the optical networks as transparent as possible rent for their users. There are different ones Degree of transparency possible. You can differentiate whether a network with regard to the type of modulation, the line code, the clock frequency and / or the transmission format - so at for example the choice between plesiochronous or syn chronic digital hierarchy - is transparent. By practi A number of combinations are of great importance where with a network of maximum transparency regarding modulation type, line code, clock frequency and transmission format trans is parent, with less transparency the module is type, with further reduced transparency freedom regarding the line code is also lost and with little transparency there is only freedom with regard to the transmission format.

Das Management von Netzen macht es notwendig, die Übertra­ gungsqualität zu überwachen. Diese Funktion wird bei Netzen der synchronen digitalen Hierarchie oder bei Netzen für ATM- Übertragung durch Bilden einer sogenannten Bit Interleaved parity (BIP), also der Bitparität, über einen Block der Nutz­ daten realisiert. Das Ergebnis der Paritätsberechnung wird dabei zusätzlich zu den Nutzdaten vom Senderknoten zum Emp­ fängerknoten übermittelt, wo durch einen Vergleich der neube­ rechneten Parität mit dem empfangenen Wert eine Beurteilung der Übertragungsqualität bzw. die Erkennung von Übertragungs­ fehlern möglich ist. Dieses Verfahren setzt aber voraus, daß in jedem Netzknoten ein direkter Zugriff auf die Nutzdaten möglich ist, was den Wünschen der Benutzer nach möglichst ho­ her Transparenz der Übertragungswege entgegensteht.The management of networks makes it necessary to carry over monitoring quality. This function is used in networks the synchronous digital hierarchy or for networks for ATM  Transmission by forming a so-called bit interleaved parity (BIP), i.e. the bit parity, over a block of usage data realized. The result of the parity calculation is thereby in addition to the user data from the transmitter node to the emp catcher node transmitted where by comparing the neube calculated parity with the received value an assessment the transmission quality or the detection of transmission errors is possible. However, this procedure requires that Direct access to the user data in each network node is possible what the user desires for ho as possible the transparency of the transmission paths.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, eine Möglich­ keit zur Überwachung der Übertragungsqualität in optischen Netzen möglichst hoher Transparenz zu ermöglichen.The object of the invention is therefore one possible ability to monitor the transmission quality in optical To enable networks to be as transparent as possible.

Neben der Überwachung der Übertragungsqualität durch Untersu­ chung der Bitparität ist es auch bekannt, jeweils wenigstens einen Kanal eines optischen Frequenzmultiplexsignals für Überwachungszwecke zu reservieren. Über diesen Kanal laufen dann die für das Netzmanagement erforderlichen Informations­ flüsse, wobei die Parameter dieses Kanals mit Sicherheit bekannt sind und in der Regel ausreichend Übertragungskapazi­ tät für Testsequenzen zur Verfügung steht. Auf diese Weise gelangt man zwar an zuverlässige Informationen über die Über­ tragungsqualität von Netzen hoher Transparenz, setzt aber dabei voraus, daß der Überwachungskanal für alle anderen Übertragungskanäle repräsentativ ist. Die Hypothese, daß alle Kanäle in einem optischen Frequenzmultiplexsystem von einer Störung gleichermaßen betroffen sind, ist jedoch in vielen Fällen nicht gegeben. Gerade in optischen Netzen gibt es eine Reihe kanalselektiver Störquellen, wie Kanalnebensprechen, Welligkeit von optischen Verstärkern, Konversion von Phasen­ rauschen in Amplitudenrauschen an Filterflanken und auch wei­ tere Störmöglichkeiten, so daß die Auswertung eines in einem einzelnen Kanal übermittelten Überwachungssignals keine zuverlässigen Angaben über die Übertragungsqualität des opti­ schen Netzes liefern muß. Eine weitere Einschränkung in der Aussagekraft dieses Verfahrens ergibt sich aus dem Umstand, daß der Überwachungskanal in jeder optischen Umschaltvorrich­ tung, einem sogenannten Crossconnect-Schalter terminiert wird und weder Koppelnetz noch Frequenzumsetzer durchläuft, insbe­ sondere der Frequenzumsetzer wird aber nach dem heutigen Kenntnisstand die Signalqualität entscheidend mit beeinflus­ sen.In addition to monitoring the transmission quality by Untersu The bit parity is also known, at least in each case a channel of an optical frequency division multiplex signal for Reserve surveillance purposes. Run over this channel then the information required for network management flows, the parameters of this channel with certainty are known and usually sufficient transmission capacity is available for test sequences. In this way you get reliable information about the network quality of high transparency, but sets making sure that the monitoring channel for everyone else Transmission channels is representative. The hypothesis that everyone Channels in an optical frequency division multiplex system from one Disorder is equally affected, however, in many Cases not given. There is one especially in optical networks Series of channel-selective interference sources, such as channel crosstalk, Optical amplifier ripple, phase conversion noise in amplitude noise on filter edges and also white tere malfunctions, so that the evaluation of one in one individual monitoring signal transmitted none reliable information about the transmission quality of the opti  network. Another limitation in the The significance of this method results from the fact that the monitoring channel in each optical switching device device, a so-called cross-connect switch is terminated and passes through neither switching network nor frequency converter, in particular but especially the frequency converter is based on today's State of knowledge decisively influences the signal quality sen.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der ein­ gangs genannten Art gelöst, daß durch die Merkmale des Kenn­ zeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Von beson­ derem Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Arbeitsweise der Einrichtungen mit gegenüber der Signalfre­ quenz wesentlich geringeren Arbeitsfrequenzen, so daß sowohl die Realisierung als auch eine fehlerfreie Arbeitsweise mit geringem Aufwand möglich sind. Eine bevorzugte Arbeitsfre­ quenz des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 2 und eine bevorzugte Auswertemöglichkeit für die ermittelten Histogramme ist im Patentanspruch 3 beschrieben. Eine wegen des geringen Aufwandes und der geringen Einflußnahme auf die Signalübertragung bevorzugte Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens ist im Patentanspruch 4 beschrieben.According to the invention, the object is achieved by a method of gangs mentioned solved that by the characteristics of the Kenn character of claim 1 is further developed. By beson the advantage of the method according to the invention is that How the facilities work with the Signalfre quenz much lower working frequencies, so that both the realization as well as a flawless way of working with little effort is possible. A preferred job quenz of the inventive method is in the claim 2 and a preferred evaluation option for the determined Histograms are described in claim 3. One because of the little effort and the little influence on the Signal transmission preferred arrangement for performing the The method according to the invention is in claim 4 described.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The invention is intended to be based on one in the drawing illustrated embodiment are explained in more detail.

Dabei zeigtIt shows

Fig. 1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemä­ ßen Verfahrens, Fig. 1 shows an arrangement for carrying out the inventive method SEN,

Fig. 2 ein Augendiagramm und eine Dichtefunktion für ein am Entscheider vollständig geöffnetes Auge und FIG. 2 is an eye diagram and a density function for a decision on completely open eye and

Fig. 3 ein Augendiagramm und eine Dichtefunktion für ein geschlossenes Auge. Fig. 3 shows an eye diagram and a density function for a closed eye.

In der Fig. 1 ist in den Lichtweg zwischen einem Eingang E und einem Ausgang A ein faseroptischer Richtkoppler FORK ein­ gefügt und durch diesen ein vergleichsweise kleiner Teil der Lichtleistung ausgekoppelt und an den optischen Eingang eins optoelektronischen Wandlers OEW abgegeben. Der optoelektroni­ sche Wandler OEW, der auch einen Fotostromverstärker beinhal­ ten kann, gibt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an einen analogen Abtaster AB ab, der nach dem "sample and hold-Prinzip" arbeitet und bei einer Signalfrequenz von 10 GHz mit einer zur Signalfrequenz asynchronen Taktfrequenz von 100 MHz arbeitet. Derartige analoge Abtaster sind beispiels­ weise für Samplingoszillografen handelsüblich. Mit dem Aus­ gang des Abtasters AB ist der Eingang eines Analog-Digital- Wandlers ADW mit einer Auflösung von 8 Bit entsprechend 256 Stufen verbunden. Der Analog-Digital-Wandler ADW arbeitet mit der gleichen Taktfrequenz wie der analoge Abtaster AB und gibt deshalb im Rhythmus von 100 MHz 8 Bit-Worte an den Ein­ gang eines Rechners RE ab, der für die statistische Auswer­ tung derartiger 8 Bit-Worte eingerichtet ist und einen Spei­ cher für Referenzwerte sowie eine Ausgabeeinrichtung für die erzeugten Histogramme HI enthält. Der statistischen Auswer­ tung liegt dabei als Voraussetzung zugrunde, daß das zu untersuchende Signal intensitätsmoduliert ist und im NRZ-Code übertragen wird. Die Voraussetzung für die statistische Unab­ hängigkeit der erzeugten Amplituden-Stichproben ergibt sich zum einen durch die Asynchronität zwischen der Signaltakt­ frequenz und der Abtastfrequenz und zum anderen durch die vergleichsweise geringe Abtastfrequenz, durch die mit Sicher­ heit Stichproben aus voneinander unabhängigen Taktperioden erhalten werden.In Fig. 1, a fiber optic directional coupler FORK is inserted into the light path between an input E and an output A and through this a relatively small part of the light output is coupled out and delivered to the optical input of an optoelectronic converter OEW. The optoelectronic converter OEW, which can also include a photocurrent amplifier, emits a corresponding electrical output signal to an analog scanner AB, which works according to the "sample and hold principle" and at a signal frequency of 10 GHz with a clock frequency asynchronous to the signal frequency of 100 MHz works. Such analog samplers are commercially available, for example, for sampling oscillographs. With the output of the scanner AB, the input of an analog-digital converter ADW is connected with a resolution of 8 bits corresponding to 256 levels. The analog-to-digital converter ADW works at the same clock frequency as the analog scanner AB and therefore outputs 8 bit words to the input of a computer RE in the rhythm of 100 MHz, which is set up for the statistical evaluation of such 8 bit words is and contains a memory for reference values and an output device for the generated histograms HI. The statistical evaluation is a prerequisite that the signal to be examined is intensity-modulated and transmitted in the NRZ code. The prerequisite for the statistical independence of the generated amplitude samples arises, on the one hand, from the asynchrony between the signal clock frequency and the sampling frequency, and, on the other hand, from the comparatively low sampling frequency, which ensures that samples are obtained from independent clock periods.

Das Ergebnis der Signalabtastung sind die in den Fig. 2a und 3a dargestellten Augendiagramme, wobei es sich bei der Fig. 2a um ein vollständig geöffnetes Auge, also um den optimalen Fall für den Empfang und die Regenerierung digita­ ler Signale und in der Fig. 3a um das Augendiagramm für ein geschlossenes Auge handelt, also um den Fall eines vollstän­ dig verrauschten und verjitterten Empfangssignals, aus dem ein regeneriertes Signal nicht mehr ohne weiteres erzeugt werden kann. In der Fig. 2b ist die Dichtefunktion für das vollständig geöffnete Auge dargestellt, es ist erkennbar, daß die Dichtefunktion beim Momentanwert 0 entsprechend der Amplitude der Null-Bits und beim Momentanwert 1 entsprechend der Amplitude der Eins-Bits signifikante Maxima aufweist, während bei der Dichtefunktion für das geschlossene Auge diese Amplitudenwerte nicht mit signifikanter Wahrscheinlich­ keit auftreten. Das es sich bei der Fig. 3b um die Dichte­ funktion für ein geschlossenes Auge und nicht um pures Rau­ schen handelt, ist nur mehr an der geringen Einbuchtung in der Mitte der Dichtefunktion und beim Wert 0,5 u/UI erkennen, die die beiden gesendeten Zustände erahnen läßt, der Bezug auf UI bedeutet den Bezug auf das Einheitenintervall.The result of the signal sampling are the eye diagrams shown in FIGS . 2a and 3a, with FIG. 2a being a completely open eye, i.e. the optimal case for the reception and regeneration of digital signals, and in FIG. 3a is the eye diagram for a closed eye, that is, the case of a completely noisy and jittered received signal from which a regenerated signal can no longer be easily generated. In Fig. 2b, the density function for the fully opened eye is shown, it can be seen that the density function at the instantaneous value 0 according to the amplitude of the zero bits and at instantaneous value 1 according to the amplitude of the one bits has significant maxima, while in the Density function for the closed eye these amplitude values do not occur with significant probability. The rule is at the Fig. 3b function to the density for a closed eye and not pure Rau is recognized only to the small indentation in the center of the density function, and when the value is 0.5 u / UI, both the sent states can be guessed, the reference to UI means the reference to the unit interval.

Aus den Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der Fig. 2b und 3b ergeben sich zentrale Momente, die die Grundlage für die weitere Auswertung darstellen. Die Ermittlung von Momen­ ten und die damit im Zusammenhang stehenden Fragen sind bei­ spielsweise von A. Papoulis in "Probability, random varia­ bles, and stochastic processes." McGraw-Hill Book Co- Singapore 1986 im Abschnitt 5-4 Momente auf den Seiten 110 und 111 erläutert.Central moments result from the probability density functions of FIGS . 2b and 3b, which represent the basis for the further evaluation. The determination of moments and the related questions are described, for example, by A. Papoulis in "Probability, random varia bles, and stochastic processes." McGraw-Hill Book Co-Singapore 1986 in section 5-4 Moments on pages 110 and 111.

Für das Augendiagramm entsprechend der Fig. 2a ergibt sich beispielsweise ein Wert von 0,045 für ein Moment vierter Ord­ nung, während dieser Wert für das Augendiagramm entsprechend Fig. 3a bei 0,051 liegt. Ein Moment sechster Ordnung ergibt sich ein Wert von 0,0119 für das offene und von 0,0251 für das geschlossene Auge, für einen Moment achter Ordnung liegen die Werte bei 0,0033 und 0,0159, so daß erkennbar ist, daß sich besonders die höheren geradzahligen Momente für eine Auswertung eignen, wobei die Werte für das geöffnete Auge als Referenzwerte zu verwenden sind.For the eye diagram according to FIG. 2a, for example, a value of 0.045 results for a moment of fourth order, while this value for the eye diagram according to FIG. 3a is 0.051. A sixth-order moment results in a value of 0.0119 for the open eye and 0.0251 for the closed eye; for an eighth-order moment, the values are 0.0033 and 0.0159, so that it can be seen that special the higher even-numbered moments are suitable for an evaluation, the values for the open eye being used as reference values.

Claims (4)

1. Verfahren zur Überwachung der Übertragungsqualität trans­ parenter optischer Netze durch Abtastung der Amplitude des Übertragungssignals, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung stichprobenartig erfolgt und dabei die Abtastfrequenz asynchron zur Signalfrequenz und wesentlich kleiner als diese ist, daß die durch die Abtastung gewonnenen Amplitudenproben einer Analog-Digital-Wandlung unterworfen werden und die Auswertung der erzeugten Digitalwerte mittels eines an sich bekannten Verfahrens zur statistischen Stichprobenauswertung erfolgt.1. A method for monitoring the transmission quality of trans parenter optical networks by scanning the amplitude of the transmission signal, characterized in that the sampling is random and the sampling frequency is asynchronous to the signal frequency and is substantially smaller than this, that the amplitude samples obtained by the sampling of an analog Are subjected to digital conversion and the evaluation of the generated digital values takes place by means of a known method for statistical sample evaluation. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz bei einem Tausendstel der Signalfre­ quenz liegt.2. The method according to claim 1, characterized, that the sampling frequency at a thousandth of the signal fre quenz lies. 3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statistische Stichprobenauswertung der Digitalwerte durch Bestimmung der zentralen Momente und deren Vergleich mit vorgegebenen Referenzwerten erfolgt.3. The method according to claim 1, characterized, that the statistical sample evaluation of the digital values by determining the central moments and comparing them with predetermined reference values. 4. Anordnung zur Durchführung eines Verfahrens nach Patentan­ sprüchen 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß in den Lichtweg ein faseroptischer Richtkoppler (FORK) eingefügt ist, dessen erster Ausgang mit einem weiterführen­ den Anschluß für das Nutzsignal und dessen zweiter Ausgang mit einem Anschluß eines optoelektrischen Wandlers (OEW) ver­ bunden ist, dessen elektrischer Ausgang, ggf. über einen Fo­ tostromverstärker mit einem Signaleingang eines zur Taktfre­ quenz des Nutzsignals asynchronen Abtasters(AB) verbunden ist, dessen Signalausgang mit einem Analogeingang eines Ana­ log-Digital-Wandlers (ADW) verbunden ist und daß der Ausgang des Analog-Digital-Wandlers (ADW) mit dem Dateneingang eines Rechners (RE) verbunden ist, der für die statistische Auswer­ tung seiner Eingangssignale eingerichtet ist und einen Spei­ cher für Referenzwerte sowie eine Ausgabeeinrichtung enthält.4. Arrangement for performing a method according to Patentan sayings 1 to 3, characterized, that in the light path a fiber optic directional coupler (FORK) is inserted, the first output of which continue with one the connection for the useful signal and its second output with a connection of an optoelectric converter (OEW) ver is bound, its electrical output, possibly via a Fo current amplifier with a signal input one for clock frequency frequency of the useful signal asynchronous scanner (AB) connected is, whose signal output with an analog input of an Ana log-digital converter (ADC) is connected and that the output  of the analog-to-digital converter (ADC) with the data input one Calculator (RE) is connected for statistical analysis device is set up its input signals and a Spei contains reference values and an output device.