DE10334428A1

DE10334428A1 - Method for ascertaining the quality of an optical signal e.g. for commercial data transmission systems such as WDM, DWDM, involves approximating at least one freely formed data pattern where deviations from second profile are detected

Info

Publication number: DE10334428A1
Application number: DE10334428A
Authority: DE
Inventors: Marc Dr. Fischer; Gernot Dr. Göger; Wolfgang Fischler; Peter Dr. Mengel; Marc-Steffen Dr. Wrage
Original assignee: Siemens AG
Current assignee: Nokia Solutions and Networks GmbH and Co KG
Priority date: 2003-07-28
Filing date: 2003-07-28
Publication date: 2005-02-24

Abstract

A method for ascertaining a quality (rating) of a transmitted optical signal, the data of which can be influenced by noise- and distortion-effects, and accordingly, the data of at least one fraction of the optical signal are sampled moderately by amplitude, and are registered it in a diagram which represents an initial profile of the sampled data. At least at one point on the initial profile, at least one freely formed data pattern is approximated where deviations from a second profile, formed by the freely formed data pattern, relative to a reference profile, are detected and ascertained and from this, discrete distortion effects of the noise effects are determined separately.

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ermittlung der Qualität eines optischen Signals nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The The invention relates to a method for determining the quality of a optical signal according to the preamble of claim 1.

Die Kenntnis über die Qualität eines übertragenen optischen Signals und über die Analyse z. B. durch Erkennung von Signalstörungen ist von großer Bedeutung für den effizienten und ungestörten Betrieb von Datenübertragungsstrecken sowie für eine schnelle Fehlererkennung. Eine wesentliche Klasse von Signalstörungen ist die Klasse der Verzerrungen. Zu ihr gehören unter anderem Effekte wie chromatische Dispersion (CD), Selbst-Phasen-Modulation (SPM) und Polarisationsmodendispersion (PMD). Eine Messung von Signalverzerrungen erfordert großen technischen Aufwand und kann heute nur für einzelne Effekte und nicht für die ganze Klasse der Verzerrungen automatisiert durchgeführt werden.The Knowledge about the quality a transferred one optical signal and over the analysis z. B. by detecting signal interference is of great importance for the efficient and undisturbed Operation of data transmission links also for a fast error detection. An essential class of signal interference is the class of distortions. It includes effects such as chromatic dispersion (CD), self-phase modulation (SPM) and Polarization Mode Dispersion (PMD). A measurement of signal distortions requires big technical effort and can today only for individual effects and not for the whole class of distortions can be done automatically.

In kommerziellen WDM-Übertragungssystemen (WDM=Wavelength Division Multiplex) werden Signalverzerrungen bisher nicht detektiert. Ausschlaggebend hierfür ist der hohe Messaufwand und die damit verbundenen hohen Kosten. Weiterhin fehlt es an sinnvoller automatisierter Messausstattung. Bei Experimenten im Labor werden zur Detektion von Signalverzerrungen häufig folgende Methoden angewandt:In commercial WDM transmission systems (WDM = Wavelength Division Multiplex) signal distortions so far not detected. Decisive for this is the high measurement effort and the associated high costs. Furthermore, it lacks more meaningful automated measuring equipment. For experiments in the laboratory The following methods are often used to detect signal distortions:

1) Untersuchung des Augendiagramms1) Examination of the eye diagram

Anhand von sogenannten Augendiagrammen aus digitalen abgetasteten Datenströmen eines optischen Signals können Verzerrungseffekte gut festgestellt werden. Der Nachteil dieser Methode ist, dass es bisher keine aussagekräftige Lösung zur automatisierten Erkennung von Signalverzerrungen anhand von Augendiagrammen gibt. Die Auswertung und Beurteilung der Messdaten muss bisher individuell und meistens manuell von Experten durchgeführt werden. Es existieren keine automatisierten Methoden. Des weiteren ist die notwendige Messtechnik sehr teuer. Die derzeitige Augendiagrammanalyse ist daher nicht sinnvoll zur Überwachung von kommerziellen Datenübertragungssystemen.Based from so-called eye diagrams of digital sampled data streams optical signal can Distortion effects are well detected. The disadvantage of this The method is that so far there is no meaningful solution for automated detection of signal distortions based on eye diagrams. The evaluation and assessment of the measurement data has to date been individual and mostly done manually by experts become. There are no automated methods. Furthermore the necessary measurement technology is very expensive. The current eye diagram analysis is therefore not useful for monitoring from commercial data transmission systems.

Ferner beschränken sich bisherige Verfahren zur Augendiagrammanalyse auf die Anpassung von Polygonen innerhalb eines Augendiagramms. Beispielsweise wird bei sog. Maskentests in das Augeninnere ein Sechseck eingepasst. Aus US 5774242 ist ein derartiges Verfahren bekannt, bei dem aus Lage, Breite und Höhe des Sechsecks Rückschlüsse auf die Augenöffnung und so indirekt auf die Signalqualität gezogen werden. Eine Mustererkennung im Sinne einer Suche nach bekannten Strukturen bzw. nach Besonderheiten wie z. B. Doppelaugen oder Überschwingern oder eine Benuzung anderer Bildverarbeitung basierten Methoden existieren nicht. Dieses bekannte Verfahren ermöglicht nur eine Ermittlung von Rauschenseffekten in einem Augendiagramm. Dementsprechend zeigen die 1 und 2 ein unverzerrtes Augendiagramm mit unverrauschten bzw. verrauschten binären (0/1) Daten eines Signals. Innerhalb des Auges d. h. auf dem nahezu leeren Datenbereich des Auges kann ein Polygon positioniert werden, deren Kanten oder Spitzen nach an den abgetasteten unverrauschten bzw. verrauschten Daten angebracht werden. Aus den Maßen des Polygons können Aussage über rauschartigen Effekten hergeleitet werden.Further, previous eye diagram analysis methods are limited to fitting polygons within an eye diagram. For example, in so-called mask tests, a hexagon is fitted into the interior of the eye. Out US 5774242 Such a method is known in which conclusions are drawn from the position, width and height of the hexagon on the eye opening and thus indirectly on the signal quality. A pattern recognition in the sense of a search for known structures or for special features such. B. Doppelaugen or overshoot or a use of other image processing based methods do not exist. This known method only allows detection of noise effects in an eye diagram. Accordingly, the show 1 and 2 an undistorted eye diagram with unrestrained or noisy binary (0/1) data of a signal. Within the eye ie on the nearly empty data area of the eye, a polygon can be positioned whose edges or peaks are attached to the sampled noisy or noisy data. From the dimensions of the polygon can be derived statements about noise-like effects.

Beim Augendiagramm werden mit Hilfe eines schnellen Detektors Leistungspegel des zu untersuchenden optischen oder elektrischen Datenstroms synchron abgetastet. Eine variable Verzögerungsleitung sorgt dafür, dass die Signalpegel nicht nur in ihrer Bitmitte sondern auch links und rechts von dieser gemessen werden. Alle Leistungspegel werden entsprechend ihrer zeitlichen Position im Bit dargestellt und mit den anderen Messwerten überlagert. Auf diese Weise erhält man eine Überlagerungen der Leistungspegelverläufe vieler Bits in einem augenförmigen Diagramm. Je größer die innere Öffnung des sogenannten Auges ist, desto besser kann ein Entscheider im Empfänger zwischen gesendeten „Nullen" und „Einsen" eines Bits unterscheiden und desto fehlerfreier ist die Signalübertragung.At the Eye diagram are using a fast detector power level of the optical or electrical data stream to be examined synchronously sampled. A variable delay line provides for this, that the signal levels not only in their bit center but also left and be measured to the right of this. All power levels will be represented according to their temporal position in the bit and with superimposed on the other measured values. In this way receives one an overlays the power level traces of many Bits in an eye-shaped Diagram. The bigger the inner opening the so-called eye is, the better a decision maker can be in the receiver distinguish between sent "zeros" and "ones" of a bit and the more error free is the signal transmission.

2) Untersuchung des elektrischen Spektrums2) Examination of the electrical spectrum

Signalverzerrungen können weiterhin durch Auswertung eines elektrischen Spektrums von digitalen Datensignalen detektiert werden. Solche Auswertungen werden in Laborexperimenten auch zur Steuerung von Entzerrern und Kompensatoren zur Signalqualitätsverbesserung verwendet. Die Auswertung des elektrischen Spektrums erlaubt zwar eine automatisierte Signaloptimierung, aber keine zuverlässigen verzerrungsspezifischen Aussagen. Das elektrische Spektrum ist weiterhin stark von Sendereigenschaften abhängig und daher zur Detektion von Verzerrungen in Datenübertragungssystemen nicht optimal geeignet.signal distortion can furthermore by evaluation of an electrical spectrum of digital data signals be detected. Such evaluations are used in laboratory experiments also for controlling equalizers and compensators for signal quality improvement uses. Although the evaluation of the electric spectrum allows an automated signal optimization, but no reliable distortion-specific Statement. The electrical spectrum is still strong on transmitter characteristics dependent and therefore for detection of distortions in data transmission systems not optimal.

3) Detektion einzelner Verzerrungseffekte3) Detection of individual distortion effects

Signalverzerrungen können auch individuell detektiert und untersucht werden. So kann beispielsweise chromatische Dispersion mittels einer variablen Dispersionskompensation und einem nachgeschalteten Signalqualitätsanalysator gemessen werden. Solche Lösungen sind jedoch technisch aufwendig und teuer. Weiterhin werden jeweils nur die zu untersuchenden Verzerrungskategorien detektiert, jedoch keine generelle Signalverzerrung. Für eine schnelle und umfassende Verzerrungsdetektion ist der Ansatz von individuellen Verzerrungsdetektionen sehr aufwendig und kostspielig und daher nicht geeignet.signal distortion can also individually detected and examined. For example, chromatic Dispersion by means of a variable dispersion compensation and a downstream signal quality analyzer be measured. Such solutions However, they are technically complex and expensive. Continue to be respectively only the distortion categories to be investigated detected, however no general signal distortion. For a fast and comprehensive Distortion detection is the approach of individual distortion detection very elaborate and expensive and therefore not suitable.

Die derzeitigen Messverfahren sind aufgrund ihrer Komplexität und ihrer Kosten, aufgrund der Notwendigkeit von Experten vor Ort oder aufgrund ihrer starken Einschränkungen im Hinblick auf ihre Aussagekraft nicht für den kommerziellen Einsatz zur Überwachung von Datennetzen geeignet. Eine einfache auf automatisierten Messungen und Analysen basierende allgemeine Aussage, dass überhaupt Signalverzerrungen vorliegen, die von großem Nutzen für Netzbetreiber wäre, gibt es nicht derzeit nicht.The current measurement methods are due to their complexity and their Cost, due to the need of local experts or due their strong limitations in terms of their informative value not for commercial use for monitoring suitable for data networks. A simple on automated measurements and analysis-based general statement that at all Signal distortions are present, which are of great benefit to network operators would be there it does not currently not.

Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Ermittlung von Qualitätskriterien eines optischen Signals anzugeben, das eine ersichtliche Analyse von Störeffekten ermöglicht.task The invention is a method for determining quality criteria an optical signal indicating an apparent analysis of disturbing effects allows.

Eine Lösung der Aufgabe erfolgt hinsichtlich ihres Verfahrensaspekts durch ein Verfahren mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1.A solution The task is carried out with regard to their method aspect by a Method with the features of patent claim 1.

Ausgehend von einem Verfahren zur Ermittlung einer Qualität eines übertragenen optischen Signals, dessen Daten mindestens durch Rausch- und Verzerrungseffekte beeinträchtigt werden können, und demgemäss die Daten mindestens eines Anteils des optischen Signals amplitudenmässig abgetastet und in einem Diagramm eingetragen werden, das ein erstes Profil der abgetasteten Daten darstellt, wird erfindungsgemäß zumindest an einer Stelle des ersten Profils mindestens ein freiförmiges Datenmuster angenähert. Anschliessend werden Abweichungen aus einem durch das freiförmige Datenmuster gebildeten zweiten Profil gegenüber einem – durch ein Signal mit unverzerrten Qualitätseigenschaften vorgegebenen – Referenzprofil detektiert und ermittelt, und daraus einzelne Verzerrungseffekte von Rauscheffekten getrennt ermittelt.outgoing of a method for determining a quality of a transmitted optical signal whose Data are at least affected by noise and distortion effects can, and accordingly the data of at least a portion of the optical signal is sampled in amplitude and be entered in a diagram that has a first profile represents the sampled data, according to the invention at least at least one free-form data pattern at a location of the first profile approximated. Subsequently, deviations from a by the free-form data pattern formed second profile opposite one - through given a signal with undistorted quality characteristics - reference profile detected and detected, and from this individual distortion effects isolated from noise effects.

Das Erkennen von Signalverzerrungen durch Hypothesentests und Untersuchung der Abweichungen zwischen vorhandenen Messdaten und als Datenmustern vorgesehenen Modellkurven oder -flächen erlaubt in einfacher Weise die Überwachung von Datennetzen. So können schnell Systemfehler erkannt und weiterhin behoben werden.The Detecting signal distortions through hypothesis testing and investigation the deviations between existing measurement data and as data patterns provided model curves or surfaces allowed in a simple manner The supervision of data networks. So can System errors are quickly detected and continue to be rectified.

Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens ist darin zu sehen, dass es sich für übliche ermittelte Amplitudenhistogramme sowie Augendiagramme als erstes Profil der abgetasteten Daten eignet, für die die Annäherung der freiförmigen Datenmuster an die abgetasteten Daten durch Kurvenfitting und/oder durch Füllungsfitting erfolgt. Eines oder mehrere Referenzprofile von Signalen mit unterschiedlichen Qualitätskriterien können vorgegeben werden, die mit dem aus dem freiförmigen Datenmuster gebildeten zweiten Profil verglichen werden. Daraus werden in erster Linie mögliche Signalstörungen detektiert. Ferner werden gezielte Abweichungen errechnet bzw. ermittelt und damit auch Verzerrungseffekte von Rauscheffekten getrennt ermittelt.One An essential advantage of the method according to the invention is to see that it determined for usual Amplitude histograms and eye diagrams as the first profile of the sampled data is suitable for the the approach the free-form Data pattern to the sampled data by curve fitting and / or by filling fitting he follows. One or more reference profiles of signals with different quality criteria can given with the formed from the free-form data pattern second profile. This will be in the first place possible signal interference detected. Furthermore, targeted deviations are calculated or determined and thus also determined distortion effects of noise effects separately.

In vorteilhafter Weise werden automatische Erkennungsmethode zur Annäherung der Datenmuster an die abgetasteten Daten verwendet. Beispielweise kann zur Füllung von nahezu leeren Datenbereichen eines Augendiagramms mit freiförmigen Datenmustern eine dafür abgestimmte Erkennungsbildverarbeitungsmethode benutzt werden. Vordefinierte Erkennungszustände gemäß bekannten vorgegebenen Profilen von Datenmustern können auch als Grundermittlung von Verzerrungs- oder Rauscheffekten dienen.In Advantageously, automatic detection method to approximate the Data pattern used on the sampled data. For example to the filling of nearly empty data areas of an eye diagram with free-form data patterns one for that coordinated recognition image processing method can be used. predefined recognition conditions according to known given profiles of data patterns can also be used as a basic determination of distortion or noise effects.

Als Verzerrungseffekte werden hauptsächlich chromatische Dispersion, Polarisationsmodendispersion, Selbstphasenmodulation getrennt voneinander detektiert.When Distortion effects are mainly chromatic dispersion, polarization mode dispersion, self-phase modulation detected separately from each other.

Das erfindungsgemäße Verfahren eignet sich für optische Multiplexsignale wie WDM- oder DWDM-Signale, dessen Daten in Multiplex-Kanälen übertragen werden.The inventive method is suitable for optical multiplexed signals such as WDM or DWDM signals, its data transmitted in multiplex channels become.

Ferner kann zumindest ein Teil des übertragenen optischen Signals optisch oder elektrisch ebenfalls beeinflusst werden, so dass Verzerrungseffekte auftreten und weiterhin ermittelt werden. Damit erhält der Techniker präzise und umfangreiche Informationen über die Übertragungstoleranzen sowie über mög liche einzusetzende oder einzustellende Mitteln zur Kompensation eines Verzerrungs- oder Rauschenseffektes.Further can be at least part of the transferred optical signal also influenced optically or electrically so that distortion effects occur and continue to be determined become. With it the technician precise and extensive information about the transmission tolerances as well as over possible to be used or to be adjusted means for the compensation of a Distortion or noise effect.

Läuft die erfindungsgemäße Ermittlung – Erkennung/Fitting – möglichst automatisch ab, ist eine lokale oder ferne Regelung zur Kompensation von detektierten Rauschen und/oder Verzerrungseffekten mit lokal oder fern gesteuerten Kompensationsmitteln realisierbar.Does the determination according to the invention - detection / fitting - as far as possible automatically off, is a local or remote compensation scheme of detected noise and / or distortion effects with local or remotely controlled compensation means feasible.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.advantageous Further developments of the invention are specified in the subclaims.

Ein Ausführungsbeispiel der Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert.One embodiment The invention will be explained in more detail below with reference to the drawing.

Dabei zeigen:there demonstrate:

3a: ein Augendiagramm bei einem durch chromatische Dispersion verzerrten optischen Signal, 3a : an eye diagram in a chromatic dispersion distorted optical signal,

3b: ein Augendiagramm bei einem durch Selbstphasenmodulation verzerrten optischen Signal, 3b FIG. 4 is an eye diagram of an optical signal distorted by self-phase modulation. FIG.

4a: Datenmuster für ein Augendiagramm eines unverzerrten optischen Signals, 4a : Data pattern for an eye diagram of an undistorted optical signal,

4b: Datenmuster für ein Augendiagramm eines verzerrten optischen Signals, 4b : Data pattern for an eye diagram of a distorted optical signal,

5a: berechnete und angepasste statistische Verteilung bei einem Amplitudenhistogramm eines unverzerrten optischen Signals, 5a : calculated and adapted statistical distribution in an amplitude histogram of an undistorted optical signal,

5b: berechnete und angepasste statistische Verteilung bei einem Amplitudenhistogramm eines verzerrten Signals, 5b : calculated and adapted statistical distribution in an amplitude histogram of a distorted signal,

6a: experimentell gemessenes Amplitudenhistogramm eines unverzerrten optischen Signals, 6a : experimentally measured amplitude histogram of an undistorted optical signal,

6b: experimentell gemessenes Amplitudenhistogramm eines durch chromatische Dispersion verzerrten optischen Signals, 6b : experimentally measured amplitude histogram of an optical signal distorted by chromatic dispersion,

6c: experimentell gemessenes Amplitudenhistogramm eines durch Polarisationsmodendispersion verzerrten optischen Signals. 6c : Experimentally Measured Amplitude Histogram of a Polarization Mode Dispersion Distorted Optical Signal.

In 3a ist ein gemessenes Augendiagramm eines durch chromatische Dispersion verzerrten optischen Signals dargestellt. Hier können beispielweise fünf Bereiche A, B, C, D, E als freiförmige Datenmuster definiert werden, wobei der Datenmuster C eine innere zentrale Öffnung des Auges und die weiteren Datenmuster A, B, D, E vier andere dem Bereich C umfassende Datenlücke bezeichnen. Dabei befinden sich die Bereiche A, B jeweils links und rechts im oberen Teil des Bereiches C und die Bereiche C und D links und rechts im unteren Teil des Bereiches C. Durch chromatische Dispersion weisen alle Bereiche A, B, C, D, E eine spezifische Größe, Lage, Form auf. Zwischen anderem sind die oberen Verläufe der Bereiche A, B, C mit einer deutlichen Welle oder sogenanntem Überschwinger aufgeprägt, deren Ausprägung für eine Verzerrung aus chromatischer Dispersion aussagekräftig ist.In 3a Fig. 12 is a measured eye diagram of a chromatic dispersion distorted optical signal. Here, for example, five regions A, B, C, D, E can be defined as free-form data patterns, the data pattern C designating an inner central opening of the eye and the further data patterns A, B, D, E four other data gaps encompassing region C. Here are the areas A, B respectively left and right in the upper part of the area C and the areas C and D left and right in the lower part of the area C. By chromatic dispersion, all areas A, B, C, D, E have one specific size, location, shape. Between others, the upper courses of the areas A, B, C are imprinted with a distinct wave or so-called overshoot, the expression of which is meaningful for a distortion from chromatic dispersion.

In 3b ist ein gemessenes Augendiagramm eines durch Selbstphasenmodulation verzerrten optischen Signals dargestellt. Hier können gemäß 3a die fünf Bereiche A, B, C, D, E als freiförmige Datenmuster ebenfalls definiert werden, deren Größe, Lage, Form sich von derjenigen aus 3a unterscheiden. Auch der Überschwinger im oberen Teil der Bereiche A, B, C wird nicht so aufgeprägt wie in 3a.In 3b Fig. 12 is a measured eye diagram of a self-phase-modulation-distorted optical signal. Here can according to 3a the five areas A, B, C, D, E are also defined as free-form data patterns whose size, location, shape is different from that of 3a differ. Also, the overshoot in the upper part of the areas A, B, C is not as imprinted as in 3a ,

Nun zeigt 4a mögliche durch gefüllte Augenflächen 1, 2 detektierte Datenmuster bei einem Augendiagramm eines unverzerrten optischen Signals, das ein erstes Profil – hier über 2 Bits, d. h. zwei Augen – darstellt. Die Detektion der Datenmuster 1, 2 erfolgte mittels einer Bildverarbeitungsmethode, die an einem herkömmlichen Abtastverfahren zur Erhaltung des Augendiagramms angeschlossen wurde. Beide erste gefüllte Flächen 1 bilden das nahezu datenfreie Innere beider Augen der aufgenommenen Amplitudenwerten beider Bits. Die kleinere detektierte Fläche 2 zwischen und im unteren Bereich beider ersten Flächen 1 ergibt eine Aussage über die Steilheit bzw. die Verzerrung von Signalflanken.Now shows 4a possible data pattern detected by filled eye surfaces 1, 2 in an eye diagram of an undistorted optical signal representing a first profile - here over 2 bits, ie two eyes. The detection of the data patterns 1, 2 was carried out by means of an image processing method, which was connected to a conventional sampling method for maintaining the eye diagram. Both first filled areas 1 form the near-data-free interior of both eyes of the recorded amplitude values of both bits. The smaller detected area 2 between and in the lower area of both first areas 1 gives a statement about the steepness or the distortion of signal edges.

Im Vergleich zu 4a zeigt 4b weitere mögliche durch gefüllte Augenflächen 1, 2 und nun auch 3 detektierte Datenmuster bei einem Augendiagramm eines verzerrten optischen Signals, das ebenfalls ein erstes Profil – hier über 2 Bits, d. h. zwei Augen – darstellt. Die inneren Flächen 1 der Augen beider Bits weisen eine deutlich kleinere Größe, eine nun länglichere Form sowie eine rechts/links Asymmetrie auf. Ebenfalls weisen die unteren Flächen 2 eine größere und längliche Form auf, die charakteristisch von verzerrten Signalflanken ist. Alle diese auf Datenmustern basierenden Aspekte werden zur Trennung der störenden Effekte verwendet. Es können auch weitere Flächen oder Amplitudenverläufe definiert bzw. detektiert werden, sowie z. B. den oberen Verlauf der Daten – im Einsen-Bereich – und dessen möglicher Überschwinger.Compared to 4a shows 4b further possible through filled eye surfaces 1, 2 and now also 3 detected data pattern in an eye diagram of a distorted optical signal, which also represents a first profile - here over 2 bits, ie two eyes. The inner surfaces 1 of the eyes of both bits have a much smaller size, a now elongated shape and a right / left asymmetry. Also, the lower surfaces 2 have a larger and elongated shape, which is characteristic of distorted signal flanges ken is. All of these data-pattern based aspects are used to separate the disturbing effects. It can also be defined or detected more areas or amplitude curves, and z. B. the upper course of the data - in the ones area - and its possible overshoot.

Unterschiedliche Referenzprofile mit verschiedenen freiförmigen Datenmustern können zur Füllung nahezu datenfreier Bereiche der abgetasteten Daten im Augendiagramm erkannt und an den abgetasteten Daten angenähert werden. Abweichungen zwischen einem oder mehreren vorgegebenen Referenzprofilen und dem durch die abgetasteten Daten gebildeten ersten Profil können auch ermittelt werden. Damit werden Verzerrungseffekte getrennt und ermittelt. Ränder eines datenfreien Bereiches beinhalten statistisch verteilte abgetastete Daten, deren Dicke eine Maß der Rauscheffekte ergibt. Diese Aussagen werden manuell oder automatisch mit einer Bildverarbeitungsmethode realisiert.different Reference profiles with different free-form data patterns can be used for Filling almost Data-free areas of the sampled data detected in the eye diagram and approximated to the sampled data. Deviations between one or more predetermined reference profiles and by The sampled data formed first profile can also be determined. This separates and determines distortion effects. margins of a data-free area include statistically distributed sampled Data whose thickness is a measure of Noise effects. These statements are manual or automatic realized with an image processing method.

Ferner zeigt nun 5a eine berechnete und angepasste statistische Verteilung bei einem Amplitudenhistogramm eines unverzerrten optischen Signals (hier mit NRZ-Format = non return-to-zero). Die Amplitudenwerte können je nach erzielten Messungen an einer oder mehreren Stellen eines Bits (Mitte, rechts, links) aus einem Augendiagramm abgetastet werden. Beim Amplitudenhistogramm wird die Häufigkeitsverteilung der Amplitudenwerte der empfangenen „Nullen" und „Einsen" gemessen. Im synchronen Fall geschieht dieses stets zu einem festen Abtastzeitpunkt. Dieser liegt meist in der Bitmitte. Zur Untersuchung der Signalqualität und zur Detektion von Verzerrungen können als freiformige Datenmuster vorgesehene theoretische Modellkurven an die Verteilungen der Datenpunkte angepasst werden.Further shows now 5a a calculated and adapted statistical distribution for an amplitude histogram of an undistorted optical signal (here with NRZ format = non return-to-zero). The amplitude values can be sampled from one eye diagram at one or more digits of a bit (center, right, left) depending on the measurements obtained. The amplitude histogram measures the frequency distribution of the amplitude values of the received "zeros" and "ones". In the synchronous case, this always happens at a fixed sampling time. This is usually in the middle of the bit. To investigate the signal quality and to detect distortions, theoretical model curves provided as free-form data patterns can be adapted to the distributions of the data points.

Im Falle eines lediglich verrauschten, jedoch unverzerrten optischen Datensignals kann man beispielsweise die Verteilungen der gesendeten Nullen und der gesendeten Einsen sehr gut durch als freiförmige Datenmustern vorgesehene Gauss-Funktionen annähern. Je stärker das Datensignal verzerrt wird, desto größer werden die Abweichungen der gemessenen Amplitudenverteilungen von einer Gausskurve. Diese Abweichungen können mit geeigneten mathematischen Methoden der Stochastik ermittelt und insbesondere zur Trennung und Ermittlung von Störeffekten untersucht werden.in the Trap of only noisy but undistorted optical Data signal can be, for example, the distributions of the sent Zeros and sent ones very well as free-form data patterns provided Gauss functions approach. The stronger the data signal is distorted, the larger the deviations become the measured amplitude distributions of a Gauss curve. These Deviations can determined using suitable mathematical methods of stochastics and in particular for the separation and determination of parasitics to be examined.

Zur Bestimmung der Abweichung der Messpunkte von der unverzerrten Form können beispielsweise Residuen, die Differenzen zwischen gemessenen und mit der Gauss-Funktion gefitteten Werten darstellen, berechnet werden. Eine Analyse der Abweichungen kann beispielsweise wie folgt erfolgen. Streuen die Residuen um den Mittelwert 0, so kann man von statistischen Abweichungen ausgehen. Liegen jedoch systematische Abweichungen vor, so wird das Signal durch andere als rauschartige Effekte gestört. Ein Verfahren wird im Folgenden beschrieben.to Determination of the deviation of the measuring points from the undistorted shape can For example, residuals, the differences between measured and calculated using the Gaussian fitted values. An analysis of the deviations can take place, for example, as follows. Sprinkle the residuals around the mean 0, so you can from statistical Deviations go out. However, there are systematic deviations before, the signal is disturbed by other than noise-like effects. One Method is described below.

Durch statistische Analysen der Residuen kann die Systematik der Abweichung untersucht werden. Ein solcher Test ist zwischen anderem der von Wilcoxon definierte sogenannte DW-Test. Hierzu wird für einen Wert DW die Summe der Quadrate der Ab stände zweier aufeinander folgender Residuen res_i, res_i+1, normiert auf Summe der Quadrate der Residuen res_i, berechnet.By statistical analysis of the residuals, the systematics of the deviation can be examined. One such test is between the Wilcoxon-defined DW test. For this purpose, for a value DW, the sum of the squares of the states of two successive residuals res _i , res _{i + 1,} normalized to the sum of the squares of the residuals res _i , is calculated.

Für einen DW-Wert zwischen 1 und 2 als Beispielschwellen geht man von nichtsystematischen Abweichungen, also unverzerrten Signalen, aus. Für größere oder kleinere Werte nimmt man systematische Abweichungen an. In diesem Fall liegen demnach Verzerrungen vor.For one DW value between 1 and 2 as example thresholds one goes from non-systematic Deviations, ie undistorted signals. For larger or smaller values takes systematic deviations. In this case, therefore Distortions.

Zur Demonstration und Veranschaulichung des Verfahrens wurde gemäß 5b mit dem Computer ein weiterer Datensatz für ein zweites Amplitudenhistogramm eines nun verzerrten optischen Signals erzeugt und mit einem leichten numerischen Rauschen versehen. Während der erste Datensatz gemäß 5a ein unverzerrtes Amplitudenhistogramm darstellte, wurde im zweiten Datensatz die Verteilung der Eins durch Überlagerung einer zweiten Kurve „verzerrt".To demonstrate and illustrate the process has been according to 5b generated with the computer another record for a second amplitude histogram of a now distorted optical signal and provided with a slight numerical noise. During the first record according to 5a represented an undistorted amplitude histogram, in the second data set the distribution of the one was "distorted" by superposition of a second curve.

Für den unverzerrten Fall gemäß 5a wurden für den Nullen-Bereich ein DW-Wert DW1 = 1,8744 und für den Einsen-Bereich ein DW-Wert DW2 = 1,0602 errechnet. Für den verzerrten Fall gemäß 5b wurden für den Nullen-Bereich ein DW-Wert DW1=1,5299 und für den Einsen-Bereich ein DW-Wert DW2=0,0288 errechnet. In beiden 5a und 5b sind die simulierten- oder abgetasteten in der Praxis – Amplitudenwerte mit Hellgrauen Kreuzen dargestellt. Zwei interpolierte Gauss-Funktionen sind als durchgezogene Kurven in Bereichen der Nullen (ca. 0 bis 50 Digits) und der Einsen (ca. 150 bis 250 Digits) dargestellt. Die berechneten DW-Werte DW1, DW2 der Residuen gemäß der vorigen Gleichung wurden ebenfalls eingetragen, sowie die entsprechenden Residuenverläufe mit Dunkelgrauen Kreuzen.For the undistorted case according to 5a For the zero range, a DW value DW1 = 1.8744 and for the ones range a DW value DW2 = 1.0602 were calculated. For the distorted case according to 5b For the zero range, a DW value DW1 = 1.5299 and for the ones range a DW value DW2 = 0.0288 were calculated. In both 5a and 5b are the simulated or sampled in practice - Amplitude values shown with light gray crosses. Two interpolated Gaussian functions are shown as solid curves in Ranges of zeros (about 0 to 50 digits) and ones (about 150 to 250 digits) shown. The calculated DW values DW1, DW2 of the residuals according to the previous equation were also entered, as well as the corresponding residual gradients with dark gray crosses.

Während im gemäß 5a unverzerrten Fall die gefitteten Werte sehr gut mit den der Rechnung zu Grunde liegenden Wer ten übereinstimmen, d. h. alle Residuen um 0 streuen, ergibt sich im gemäß 5b verzerrten Fall eine starke Abweichung bei der Anpassung der Breite der Gauss-Verteilung im Einsen-Bereich. Diese wird in der numerischen Modellierung durch eine zweite überlagerte Gauss-Verteilung hervorgerufen, die eine Verzerrung simuliert. Während man im gemäß 5a unverzerrten Fall stochastische Streuungen der Residuen um einen Mittelwert und damit verbunden DW-Werte zwischen eins und zwei erhält, erkennt man gemäß 5b für die Verteilung im Einsen-Bereich systematische Abweichungen der Residuen und damit einen DW-Wert von ca. 0,03, der deutlich unter der oben definierten Schwelle eins liegt.While in accordance with 5a undistorted case, the fit values agree very well with those underlying the calculation, ie, all residuals are scattered around 0, according to 5b distorted case a large deviation in the adaptation of the width of the Gaussian distribution in the ones domain. In numerical modeling, this is caused by a second superimposed Gaussian distribution that simulates distortion. While in accordance with 5a undistorted case stochastic scatters of residuals around an average and associated DW values between one and two receives, one recognizes according to 5b for the distribution in the ones domain systematic deviations of the residuals and thus a DW value of about 0.03, which is well below the above-defined threshold one.

Mit Hilfe des DW-Tests vorzugsweise durch die als Kontrollwerten vorgesehenen DW-Werten DW1, DW2 ist es also in einer einfacher Weise möglich, systematische Abweichungen der Kurvenanpassung an gemessenen Amplitudenwerte zu ermitteln und weiterhin Signalverzerrungen zu detektieren.With Help of the DW test preferably by the provided as control values DW values DW1, DW2 it is thus possible in a simple way, systematic Deviations of the curve fitting to measured amplitude values too determine and continue to detect signal distortion.

In folgenden 6a, 6b, 6c sind ferner im Experiment gemessene Amplitudenhistogramme mit ausgewerteten DW-Werten DW1, DW2 gemäß 5a oder 5b dargestellt. Bei gemessenen unverzerrten optischen Signalen gemäß 6a liegen die DW-Werten DW1, DW2 zwischen eins und zwei. Bei z. B. chromatischer Dispersion gemäß 6b (hier ca. 600 ps) oder bei Polarisationsmodendispersion gemäß 6c (hier ca. 50ps DGD) treten Verzerrungen sowohl in dem Einsen- als auch in dem Nullen-Bereich auf, die durch entsprechend geringe DW-Werte DW1, DW2 angezeigt und ermittelt werden.In the following 6a . 6b . 6c are also measured in the experiment amplitude histograms with evaluated DW values DW1, DW2 according to 5a or 5b shown. For measured undistorted optical signals according to 6a the DW values DW1, DW2 are between one and two. At z. B. chromatic dispersion according to 6b (here about 600 ps) or in polarization mode dispersion according to 6c (here about 50ps DGD) distortions occur in both the ones and in the zeroes range, which are indicated and determined by correspondingly low DW values DW1, DW2.

Das hier dargestellte Verfahren zeigt lediglich eine der möglichen Realisierungen zur Erkennung und getrennten Ermittlung von Signalverzerrungen mittels statistischer Methoden. Eine weitere Methode wäre beispielsweise auch die Auswertung der gefitteten Kurven bei sogenannten Q-Messungen (Messung des Q-Faktors als Qualitätsparameter). Auch können andere als die hier beispielhaft vorgestellte Gauss-Verteilung zur Anpassung an die Datenpunkte herangezogen werden. Der hier beschriebene und angewendete DW-Testen zur Untersuchung von systematischen Abweichungen der Messdatenpunkte von Modellkurven kann durch andere Tests ersetzt werden.The The method presented here shows only one of the possible Implementations for the detection and separate detection of signal distortions using statistical methods. Another method would be, for example also the evaluation of the fitted curves in so-called Q-measurements (Measurement of the Q-factor as a quality parameter). Also can other than the exemplary Gauss distribution for adaptation presented here be used to the data points. The one described here and Applied DW testing to investigate systematic deviations The measurement data points of model curves can be replaced by other tests become.

Ferner besteht eine interessante Test-Anwendung des Verfahrens darin, dass zumindest ein Teil des übertragenen optischen Signals optisch oder elektrisch beeinflusst wird, so dass Verzerrungseffekte auftreten und weiterhin ermittelt werden. Dies ermöglicht eine dynamische Kontrolle von Übertragungstoleranzen eines Übertragungssystems. Dazu könnte ebenfalls eine Regelung zur Kompensation von ermittelten Rauschen und/oder Verzerrungseffekten vorgesehen werden.Further an interesting test application of the method is that at least part of the transferred optical signal is optically or electrically influenced, so that Distortion effects occur and continue to be determined. This allows a dynamic control of transmission tolerances a transmission system. This could be likewise a regulation for compensation of detected noise and / or Distortion effects are provided.

Zur Verdeutlichung der in der vorliegenden Erfindung verwendeten Begriffe sollte die folgende Tabelle für beide Profile – Augendiagramm und Amplitudenhistogramm – dienen. Für analoge Mess- und Analysemethoden wie mittels des Q-Faktors würde ein Fachmann gemäß den Begriffen dieser Ausführungsbeispielen entsprechende Arte von Profilen, freiförmigen Datenmustern, Referenzprofilen und Abweichungen einfach herleiten.to Clarification of the terms used in the present invention should the following table for both profiles - eye diagram and amplitude histogram - serve. For analog Measurement and analysis methods such as using the Q-factor would Professional according to the terms corresponding to these embodiments Arte of profiles, freeform Easily derive data patterns, reference profiles and deviations.

Claims

A method for determining a quality of a transmitted optical signal whose data may be affected by at least noise and distortion effects, and accordingly the data of at least a portion of the optical signal is amplitude sampled and plotted on a diagram representing a first profile of the sampled data, characterized in that at least at one point of the first profile at least one free-form data pattern is approximated that deviations from a second profile formed by the free-form data pattern against a reference profile de detected and determined, and individual distortion effects of noise effects are determined separately.

Method according to claim 1, characterized in that that the first profile of the sampled data is provided as an eye diagram is and that almost data-free areas of the eye diagram each filled with a data pattern.

Method according to claim 2, characterized in that that edges a data-free area statistically distributed sampled data whose thickness is a measure of Noise effects.

Method according to one of claims 1 to 3, characterized that distortion effects depending on the number and / or shape and / or size and / or Location and / or orientation of the filled data-free areas of the eye diagram.

Method according to one of claims 1 to 4, characterized that before her filling the near-data-free areas in the eye diagram automatically be recognized.

Method according to one of claims 1 to 5, characterized that distortion-specific gradients the sampled data in amplitude ranges of the eye diagram be recognized.

Method according to claim 1, characterized in that that the first profile of the sampled data as amplitude histogram is provided and that as a reference profile statistically distributed Amplitude values of data patterns are used which are at amplitude values the scanned data of the first profile are fit and therefrom Deviations between both profiles can be determined.

Method according to claim 7, characterized in that Residuals that are a function are calculated as deviations form the distance between the two profiles.

Method according to one of claims 7 or 8, characterized in that the deviations, before be analyzed as residuals, size, distribution, course and / or sign.

Method according to one of claims 7 to 9, characterized that two or more amplitude values of the sampled data of the first profile be fit locally.

Method according to one of claims 7 to 10, characterized in that at binary Data with zeros and ones two control values (DW1, DW2) from the Residuals in the range of the amplitude values for zeros and ones in such a way be calculated that noise and distortion effects separately be determined.

Method according to one of claims 7 to 11, characterized that a control value (DW1, DW2) as a sum (i = 1, ..., N - 1) of Squares of a distance between two consecutive residuals (resi, resi + 1) based on a sum (i = 1, ..., N) of the squares of the residuals (Resi) is normalized, is calculated.

Method according to one of claims 7 to 12, characterized that at a control value (DW1, DW2) below a predetermined Threshold or range distortion effects are detected.

Method according to one of claims 7 to 13, characterized that several different thresholds are used.

Method according to one of claims 7 to 14, characterized 25 that an adjustable Gauss-shaped Distribution for fitting the reference profile to the sampled data at least a range of amplitude values is used.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that as distortion effects chromatic dispersion, Polarization mode dispersion, self-phase modulation separated be detected.

Method according to one of the preceding claims, characterized in that the optical signal is a WDM or DWDM signal is provided, whose data is transmitted in multiplex channels.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that at least part of the transmitted optical signal is influenced optically or electrically, so that distortion effects occur and continue to be determined.

Method according to one of the preceding claims, characterized characterized in that a control for the compensation of noise and / or distortion effects by their determination is.