DE19504896B4

DE19504896B4 - Verfahren und Anordnung zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze

Info

Publication number: DE19504896B4
Application number: DE19504896A
Authority: DE
Inventors: Mathias Dr.-Ing. Bischoff
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 1995-02-14
Filing date: 1995-02-14
Publication date: 2006-03-16
Anticipated expiration: 2015-02-15
Also published as: DE19504896A1

Abstract

Verfahren zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze durch Abtastung der Amplitude eines in ein elektrisches Signal umgesetzten Übertragungssignals und durch Analog-Digital-Wandlung von so gewonnenen Amplitudenproben und deren Auswertung mittels eines an sich bekannten Verfahrens zur statistischen Stichprobenauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung stichprobenartig erfolgt und dabei die Abtastfrequenz asynchron zur Signaltaktfrequenz und wesentlich kleiner als diese ist.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 1 und eine Anordnung entsprechend dem Oberbegriff des Anspruchs 4.

Optische Netze auf der Basis hochbitratiger, fasergebundener Übertragungsstrecken mit optischen Umschaltern und gegebenenfalls auch mit optischem Frequenzmultiplex stellen das zukünftige Transportnetz der Telekommunikation dar. Die Vorzüge der Lichtwellenleitertechnik sind in "telcom report", 6(1983), Beiheft Nachrichtentubertragung mit Licht, S. 4 bis 7 beschrieben. Bereits bestehende Netze werden sich auf diesem, vorerst als Overlay zu installierenden Netz abstützen.

Die zu erwartende Weiterentwicklung der Kommunikationsnetze macht es erforderlich, die optischen Netze möglichst transparent 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 beispielsweise der Wahl zwischen der plesiochronen oder der synchronen digitalen Hierarchie – transparent ist. Von praktischer Bedeutung sind dabei eine Reihe von Kombinationen, wobei ein Netz maximaler Transparenz hinsichtlich Modulationsart, Leitungscode, Taktfrequenz und Übertragungsformat transparent ist, bei weniger hoher Transparenz ist die Modulationsart festgelegt, bei weiter abgesunkener Transparenz ist auch die Freiheit bezüglich des Leitungscodes entfallen und bei geringer Transparenz besteht nur Freiheit hinsichtlich des Übertragungsformats.

Das Management von Netzen macht es notwendig, die Übertragungsqualität zu überwachen. Hierauf wird in "telcom report", 6(1983), Beiheft Nachrichtentübertragung mit Licht, S. 121–126 und S. 138–141, insbesondere Letzte Absatz, hingewiesen. Diese Überwachungsfunktion 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 Nutzdaten realisiert. Das Ergebnis der Paritätsberechnung wird dabei zusätzlich zu den Nutzdaten vom Senderknoten zum Empfängerknoten übermittelt, wo durch einen Vergleich der neuberechneten Parität mit dem empfangenen Wert eine Beurteilung der Übertragungsqualität bzw, die Erkennung von Übertragungsfehlern 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 hoher Transparenz der Übertragungswege entgegensteht.

In der Patentschrift US 5,325,397 ist ein Verfahren und eine Anordnung zur Aufnahme von Histogrammen beschrieben. Die Anordnung enthält mehrere Schwellwertschaltungen mit zugeordneten Zählern. Die gemessene Wahrscheinlichkeitsdichtefunktion wird mit gespeicherten Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen verglichen, um die Kanalparameter zu beurteilen.

Neben der Überwachung der Übertragungsqualität durch Untersuchung 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 Informationsflüsse, wobei die Parameter dieses Kanals mit Sicherheit bekannt sind und in der Regel ausreichend Übertragungskapazität für Testsequenzen zur Verfügung steht. Auf diese Weise gelangt man zwar an zuverlässige Informationen über die Übertragungsqualität 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 Phasenrauschen in Amplitudenrauschen an Filterflanken und auch weitere 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 Umschaltvorrichtung, einem sogenannten Crossconnect-Schalter terminiert wird und weder Koppelnetz noch Frequenzumsetzer durchläuft, insbesondere der Frequenzumsetzer wird aber nach dem heutigen Kenntnisstand die Signalqualität entscheidend mit beeinflussen.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren und eine zur Überwachung der Übertragungsqualtität in transparenten optischen Netzen anzugeben.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe durch ein Verfahren der eingangs genannten Art gelöst, dadurch die Merkmale des Kennzeichens des Patentanspruchs 1 weitergebildet ist. Von besonderem Vorteil beim erfindungsgemäßen Verfahren ist die Arbeitsweise der Einrichtungen mit gegenüber der Signaltaktfrequenz wesentlich geringeren Arbeitsfrequenzen, so daß sowohl die Realisierung als auch eine fehlerfreie Arbeitsweise mit geringem Aufwand möglich sind. Eine bevorzugte Arbeitsfrequenz 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 Lösung der Aufgabe ist im Patentanspruch 4 beschrieben.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.
Dabei zeigt:
1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
2 ein Augendiagramm und eine Dichtefunktion für ein am Entscheider vollständig geöffnetes Auge und
3 ein Augendiagramm und eine Dichtefunktion für ein geschlossenes Auge.
In der 1 ist in den Lichtweg zwischen einem Eingang E und einem Ausgang A ein faseroptischer Richtkoppler FORK eingefügt und durch diesen ein vergleichsweise kleiner Teil der Lichtleistung ausgekoppelt und an den optischen Eingang eins optoelektronischen Wandlers OEW abgegeben. Der optoelektronische Wandler OEW, der auch einen Fotöstromverstärker beinhalten kann, gibt ein entsprechendes elektrisches Ausgangssignal an einen analogen Abtaster AB ab, der nach dem "sample and hold-Prinzip" arbeitet und bei einer Signaltaktfrequenz von 10 GHz mit einer zur Signaltaktfrequenz asynchronen Taktfrequenz von 100 MHz arbeitet. Derartige analoge Abtaster sind beispielsweise für Samplingoszillografen handelsüblich. Mit dem Ausgang 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 Eingang eines Rechners RE ab, der für die statistische Auswertung derartiger 8 Bit-Worte eingerichtet ist und einen Speicher für Referenzwerte sowie eine Ausgabeeinrichtung für die erzeugten Histogramme HI enthält. Der statistischen Auswertung liegt dabei als Voraussetzung zugrunde, daß das zu untersuchende Signal intensitätsmoduliert ist und im NRZ-Code übertragen wird. Die Voraussetzung für die statistische Unabhängigkeit der erzeugten Amplituden-Stichproben ergibt sich zum einen durch die Asynchronität zwischen der Signaltaktfrequenz und der Abtastfrequenz und zum anderen durch die vergleichsweise geringe Abtastfrequenz, durch die mit Sicherheit Stichproben aus voneinander unabhängigen Taktperioden erhalten werden.
In den 2a und 3a die Augendiagramme von Signalen mit unterschiedlicher Empfangsqualität dargestellt sind, wobei es sich bei der 2a um ein vollständig geöffnetes Auge, also um den optimalen Fall für den Empfang und die Regenerierung digitaler Signale und in der 3a um das Augendiagramm für ein geschlossenes Auge handelt, also um den Fall eines vollständig verrauschten und verjitterten Empfangssignals, aus dem ein regeneriertes Signal nicht mehr ohne weiteres erzeugt werden kann. In der 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 Wahrscheinlichkeit auftreten. Daß es sich bei der 3b um die Dichtefunktion für ein geschlossenes Auge und nicht um pures Rauschen handelt, ist nur mehr an der geringen Einbuchtung in der Mitte der Dichtefunktion und beim Wert 0,5 u/UI zu erkennen, die die beiden gesendeten Zustände erahnen läßt, der Bezug auf UI bedeutet den Bezug auf das Einheitenintervall.
Aus den Wahrscheinlichkeitsdichtefunktionen der 2b und 3b ergeben sich zentrale Momente, die die Grundlage für die weitere Auswertung darstellen. Die Ermittlung von Momenten und die damit im Zusammenhang stehenden Fragen sind beispielsweise von A. Papoulis in "Probability, random variables, and stochastic processes." McGraw-Hill Book Co-Singapore 1986 im Abschnitt 5-4 Momente auf den Seiten 110 und 111 erläutert.
Für das Augendiagramm entsprechend der 2a ergibt sich beispielsweise ein Wert von 0,045 für ein Moment vierter Ordnung, während dieser Wert für das Augendiagramm entsprechend 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 ein 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.

Claims

Verfahren zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze durch Abtastung der Amplitude eines in ein elektrisches Signal umgesetzten Übertragungssignals und durch Analog-Digital-Wandlung von so gewonnenen Amplitudenproben und deren Auswertung mittels eines an sich bekannten Verfahrens zur statistischen Stichprobenauswertung, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastung stichprobenartig erfolgt und dabei die Abtastfrequenz asynchron zur Signaltaktfrequenz und wesentlich kleiner als diese ist.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Abtastfrequenz bei einem Tausendstel der Signaltaktfrequenz liegt.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die statistische Stichprobenauswertung der Digitalwerte durch Bestimmung der zentralen Momente und deren Vergleich mit vorgegebenen Referenzwerten erfolgt.
Anordnung zur Überwachung der Übertragungsqualität transparenter optischer Netze durch Abtastung der Amplitude eines in ein elektrisches Signal umgesetzten Übertragungssignals, bei der in den Lichtweg ein faseroptischer Richtkoppler (FORK) eingefügt ist, dessen erster Ausgang mit einem weiterführenden Anschluß für das Übertragungssignal und dessen zweiter Ausgang mit einem Anschluß eines optoelektrischen Wandlers (OEW) verbunden ist, dessen elektrischer Ausgang, ggf. über einen Fotostromverstärker, mit einem Abtaster (AB) verbunden ist, dessen Ausgang mit einem Analogeingang eines Analog-Digital-Wandlers (ADW) verbunden ist, dem ein Rechner (RE) für die statistische Auswertung der Abtastproben mittels eines an sich bekannten Verfahrens zur statistischen Stichprobenauswertung nachgeschaltet ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Abtaster (AB) ein asynchroner Abtaster (AB) ist, dessen Abtastfrequenz asynchron zur Signaltaktfrequenz und wesentlich kleiner als diese ist.