DE19504896B4

DE19504896B4 - Method and device for monitoring the transmission quality of transparent optical networks

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.method for monitoring transmission quality more transparent Optical networks by sampling the amplitude of one in an electrical Signal converted transmission signal and by analog-to-digital conversion of amplitude samples thus obtained and their evaluation by means of a method known per se for statistical sample evaluation, characterized that the Sampling takes place randomly while the sampling frequency asynchronous to the signal clock frequency and much smaller than this is.

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.The The invention relates to a method for monitoring the transmission quality of a more transparent optical networks according to the preamble of claim 1 and an arrangement according to the preamble of claim 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.optical Networks based on high-bit-rate, fiber-bound transmission links with optical switches and optionally also with optical Frequency multiplex will provide the future transport network of telecommunications dar. The advantages the fiber optic technology are in "telcom report", 6 (1983), supplement message transmission with light, p. 4 to 7 described. Already existing networks will be rely on this, initially as an overlay network to be installed.

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.The expected advancement of communication networks makes it required the optical networks as transparent as possible for their users shape. Different degrees of transparency are possible. So a distinction has to be made as to whether a network has regard to the type of modulation, the line code, the clock frequency and / or the transmission format - so for example the choice between the plesiochronous or the synchronous digital Hierarchy - transparent is. Of practical importance are a number of combinations, where a network of maximum transparency with regard to modulation type, Line code, clock frequency and transmission format is transparent, with less high transparency is the modulation type fixed, with further decreased transparency is also the freedom in terms of of the line code omitted and exists with low transparency only freedom in terms of transmission format.

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.The Management of networks makes it necessary to monitor the transmission quality. hereupon will be in "telcom report ", 6 (1983), Supplement message transfer with light, pp. 121-126 and pp. 138-141, especially last paragraph, noted. This monitoring function is included Synchronous digital hierarchy networks or ATM transmission networks by forming a so-called Bit Interleaved Parity (BIP), ie the bit parity, over one Block of user data realized. The result of the parity calculation will be added transmitted to the payload from the sender node to the receiver node, where by a Comparison of the recalculated parity with the received value an assessment of the transmission quality or the Detection of transmission errors possible is. However, this method requires that in each network node a direct Access to the user data possible is what the wishes the user as possible high transparency of the transmission paths opposes.

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.In the patent US 5,325,397 For example, a method and an arrangement for recording histograms is described. The arrangement includes a plurality of threshold circuits with associated counters. The measured probability density function is compared with stored probability density functions to evaluate the channel parameters.

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.Next the surveillance the transmission quality Investigation of bit parity It is also known, in each case at least one channel of an optical Frequency division multiplex signal for monitoring purposes to reserve. about then run this channel for the network management required information flows, the parameters of this Channels are known with certainty and usually have sufficient transmission capacity for test sequences to disposal stands. In this way one arrives at reliable information about the transmission quality of networks high transparency, but assumes that the monitoring channel for all other transmission channels representative is. The hypothesis that all channels in a frequency division multiplexed optical system equally affected by a disturbance are, in many cases, not given. Especially in optical networks, there are a number of channel-selective sources of interference, such as channel crosstalk, optical amplifier ripple, conversion of phase noise in amplitude noise on filter edges and also further fault possibilities, So that the Evaluation of a transmitted in a single channel monitoring signal no reliable Information about the transmission quality of the optical rule Network must deliver. Another limitation the validity of this procedure is determined by the fact that that the monitoring channel in each optical switching device, a so-called cross-connect switch is terminated and passes through neither switching network nor frequency converter, in particular the frequency converter but according to the current state of knowledge, the signal quality crucial with influence.

Die Aufgabe der Erfindung besteht also darin, ein Verfahren und eine zur Überwachung der Übertragungsqualtität in transparenten optischen Netzen anzugeben.The The object of the invention is therefore to provide a method and a for monitoring the transmission quality in transparent specify optical networks.

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.According to the invention the object is achieved by a method of the type mentioned, characterized the features of the characterizing part of claim 1 is further developed. Of particular advantage in the method according to the invention is the operation of the devices with respect to the Sig naltaktfrequenz significantly lower operating frequencies, so that both the realization and a faultless operation with little effort are possible. A preferred operating frequency of the method according to the invention is described in claim 2 and a preferred evaluation possibility for the determined histograms in claim 3. A preferred because of the low cost and the low influence on the signal transmission arrangement for solving the problem is described in claim 4.

Die Erfindung soll im folgenden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert werden.The Invention will be described below with reference to an illustrated in the drawing embodiment be explained in more detail.

Dabei zeigt:there shows:

1 eine Anordnung zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens, 1 an arrangement for carrying out the method according to the invention,

2 ein Augendiagramm und eine Dichtefunktion für ein am Entscheider vollständig geöffnetes Auge und 2 an eye diagram and a density function for an eye completely open at the decider and

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

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 the 1 is in the light path between an input E and an output A, a fiber optic directional coupler FORK inserted and coupled by this a comparatively small part of the light output and delivered to the optical input of an opto-electronic converter OEW. The optoelectronic converter OEW, which may also include a Fotöstromverstärker, outputs a corresponding electrical output signal to an analog sampler AB, which operates on the "sample and hold principle" and at a signal clock frequency of 10 GHz with an asynchronous to the signal clock frequency clock frequency of 100 MHz works. Such analog samplers are commercially available, for example, for sampling oscillographs. The output of the sampler AB is connected to the input of an analog-to-digital converter ADW with a resolution of 8 bits corresponding to 256 stages. The analog-to-digital converter ADW operates at the same clock frequency as the analog sampler AB and therefore outputs in the rhythm of 100 MHz 8-bit words to the input of a computer RE, which is set up for the statistical evaluation of such 8-bit words and contains a memory for reference values and an output device for the generated histograms HI. The statistical evaluation is based on the assumption 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 results, on the one hand, from the asynchronicity between the signal clock frequency and the sampling frequency and, on the other hand, from the comparatively low sampling frequency, by means of which samples are reliably obtained from independent clock periods.

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.In the 2a and 3a the eye diagrams of signals with different reception quality are shown, wherein the 2a a completely open eye, ie the optimal case for the reception and regeneration of digital signals and in the 3a is the eye diagram for a closed eye, so the case of a completely noisy and jittery received signal from which a regenerated signal can not be easily generated. In the 2 B It is seen that the density function at the instantaneous value 0 corresponding to the amplitude of the zero bits and the instantaneous value 1 according to the amplitude of the one-bit significant significant maxima, while the closed-eye density function these amplitude values do not occur with significant probability. That it is at the 3b the density function for a closed eye and not for pure noise can only be recognized by the small indentation in the middle of the density function and by the value 0.5 u / UI, which gives an idea of the two transmitted states, the reference to UI means the reference to the unit interval.

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.From the probability density functions of 2 B and 3b central moments emerge, which form the basis for the further evaluation. The determination of moments and the related questions are, for example, by A. Papoulis in "Probability, random variables, and stochastic processes." McGraw-Hill Book Co-Singapore 1986 explained in the section 5-4 moments on pages 110 and 111.

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.For the eye diagram according to the 2a For example, a value of 0.045 results for a fourth-order moment, while that value corresponds to the eye diagram accordingly 3a at 0.051. A sixth-order moment gives a value of 0.0119 for the open and 0.0251 for the closed eye, for a moment of eighth order the values are 0.0033 and 0.0159, so that it can be seen that particularly the higher even-numbered moments are suitable for evaluation, with the values for the open eye to be used as reference values.

Claims

Method for monitoring the transmission quality of transparent optical networks by Sampling of the amplitude of a converted into an electrical signal transmission signal and analog-to-digital conversion of amplitude samples obtained and their evaluation by a known per se method for random sample evaluation, characterized in that the sampling is random and thereby the sampling frequency asynchronous to the signal clock frequency and much smaller than this one.

Method according to claim 1, characterized in that that the Sampling frequency is one thousandth of the signal clock frequency.

Method according to claim 1, characterized in that that the Statistical sample evaluation of the digital values by determination the central moments and their comparison with given reference values he follows.

Arrangement for monitoring transmission quality more transparent Optical networks by sampling the amplitude of one in an electrical Signal converted transmission signal, in which a fiber optic directional coupler (FORK) is inserted in the light path, its first output with a further connection for the transmission signal and its second output to a terminal of an opto-electrical converter (OEW) is connected, whose electrical output, if necessary via a Photocurrent amplifier connected to a scanner (AB) whose output is connected to a Analog input of an analog-to-digital converter (ADW) is connected, a computer (RE) for the statistical evaluation of the samples by means of a per se downstream of the known method for random statistical evaluation is characterized in that the sampler (AB) is an asynchronous Sampler (AB) whose sampling frequency is asynchronous to the signal clock frequency and much smaller than this one.