DE19915091A1

DE19915091A1 - Verfahren zur Messung der Übertragungsgüte in optischen Netzen

Info

Publication number: DE19915091A1
Application number: DE1999115091
Authority: DE
Inventors: Tim Welsch; Boer Gerrit De
Original assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Current assignee: Leibniz Universitaet Hannover
Priority date: 1999-04-01
Filing date: 1999-04-01
Publication date: 2000-10-05
Also published as: WO2000060786A3; WO2000060786A2

Description

Stand der Technik

In der Nachrichtentechnik wird üblicherweise neben den eigentlichen Nutzdaten noch sogenannte Overhead- Information übertragen, die u. a. zu Zwecken der Signalisierung und Steuerung dient. Bei konventionellen Transportnetz-Technologien wie beispielsweise den Zeitmultiplex-Verfahren PDH, SDH oder ATM ist bereits eine Übertragung von Overhead-Information im Standard vorgesehen, mit deren Hilfe beispielsweise die Bitfehlerrate der Übertragung bestimmt wird und eine Überwachung der Übertragungsgüte möglich ist. Bei rein optischen Netzen auf Basis der WDM-Technologie dagegen kann der Netzbetreiber seinem Kunden einen transparenten optischen Wellenlängenbereich zur Verfügung stellen (Wellenlängenkanal) und hat dann keine Information mehr über die vom Kunden verwendete Leitungscodierung, eingesetzten Protokolle oder die momentane Bitfehlerrate, muß aber die Güte und Ausfallsicherheit des Transportnetzes garantieren und Fehlerfälle sowie Fehlertrends des Transportnetzes schnell und sicher erkennen, um gegebenenfalls Ersatzschalte-Maßnahmen einzuleiten.

Für die Kanalüberwachung optisch transparenter Systeme sind mehrere Lösungen bekannt. So kann mit einer Aussendung und Detektion von Pilottönen in separaten Wellenlängen ein Totalausfall der Strecke erkannt werden. Auch bei der Verwendung der Optischen-Service-Kanäle (OSC) nach ITU-Standard G.692 auf einem separaten Wellenlängenbereich wird ein Totalausfall erkannt, der zu einer "Loss of Signal"-Meldung führt. Mit diesen Methoden können aber keine Fehlfunktionen sicher erkannt werden, die nur auf den für die Nutzdatenübertragung verwendeten Wellenlängenbereich beschränkt sind.

Insbesondere bei WDM-Netzen ist daher ein Meßverfahren vorteilhaft, das jeweils in derselben Wellenlänge arbeitet, die von der abzusichernden Nutzdatenübertragung verwendet wird. Neben der wellenlängenselektiven Überwachung einer Glasfaser könnte ein solches Verfahren auch die Möglichkeit bieten, komplexe Abschnitte von optischen Netzen inklusive der optischen Vermittlungseinrichtungen durch Messung zu überwachen, ohne daß hierzu zusätzlicher Aufwand in der WDM-Netzstruktur erforderlich ist. So kann durch eine Pegelbewertung des Nutzdatensignals im Empfänger des WDM-Kanals in einem Fehlerfall eine "Loss of Signal"-Meldung generiert werden. In den Patentschriften DE 197 30 294 C1, DE 197 25 714 C1 und DE 197 13 952 C1 werden Verfahren vorgestellt, die eine Übertragung von Signalisierungs- und Steuerinformationen sowie Zusatzdaten zwischen den beteiligten Netzelementen ermöglichen, sich aber nur auf den logischen Nachrichten-Austausch und die Aussendung von Kanal-Identifizierungen beziehen und somit auch einen Totalausfall des Wellenlängenkanals oder logische Fehlfunktionen in den optischen Vermittlungsknoten erkennen.

Neben diesem Verfahren zur reinen Schwellen-Messung der Kanaldämpfung versucht das von H. Hanik [1] vorgestellte Verfahren durch die Auswertung von Amplitudenhistogrammen des Nutzdatensignals, Aussagen bezüglich optischem Crosstalk zu liefern.

Keine der bekannten Lösungen ermöglicht die Überwachung aller wesentlichen Übertragungseigenschaften eines optischen Verbindungsabschnittes, ohne dabei die laufende Nutzdatenübertragung zu stören oder von ihr abhängig zu sein.

Gegenstand der Erfindung

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Übertragung und Bewertung von Meßsymbolen für Wellenlängenmultiplex-Netze zur optischen, fasergebundenen Nutzdatenübertragung, wobei die Meßsymbole über denselben optischen Kanal, d. h. in demselben Wellenlängenbereich, wie die Nutzdaten übertragen, jedoch unabhängig von diesen codiert und decodiert werden, so daß auch unabhängig von den Nutzdaten auf die Meßsymbole zugegriffen werden kann. Das Signal für die Meßsymbole wird hierbei dem Signal für die Nutzdatenübertragung additiv überlagert. Unabhängig von ihrem Informationsgehalt werden die Meßsymbole als Meßgröße für die Übertragungscharakteristik des optischen Kanals verwendet.

Das Verfahren beruht darauf, daß die durch die Bewertung der Meßsymbol-Übertragung festgestellte Kanalgüte auf die Übertragung der Nutzdaten anwendbar ist. Die Übertragung der Meßsymbole findet dabei mit wesentlich geringerer Symbolrate als die Nutzdatenübertragung statt, wodurch die zur Symbolerkennung nötige Symbol- Energie über einen weiten Zeitraum verteilt wird und dadurch die Signal-Leistung soweit herabgesetzt wird, daß die für die Nutzdatenübertragung geforderten Signal-Rausch-Abstände sowohl im optischen Leistungsdichtespektrum als auch im elektrischen Leistungsdichtespektrum des Basisbandes der Nutzdatensignals eingehalten werden.

Zusätzlich wird durch Verwendung einer Kombination von elektrischer Signal-Band-Spreiztechnik [2] und dem Einsatz von optischen Sendern, deren unmodulierte Träger-Bandbreite wesentlich größer ist als die zur Symbol- Übertragung nötige Bandbreite, die Symbolübertragung so eingestellt, daß zum einen die Nutzdatenübertragung transparent bleibt, d. h. keine Beeinträchtigung durch das Verfahren erfährt, und zum anderen sichergestellt ist, daß die daß die Energie der schmalbandigen Meßsymbole wesentlich über der Rauschleistungsdichte der Störer im elektrischen Band der Meßsymbole liegt. Die Meßsymbole können so in einem Empfänger decodiert werden, obwohl sie im Regelfall durch die mit wesentlich höherer Leistung gesendeten Nutzdaten-Signale überlagert sind. Nach dem Empfang der Meßsymbole lassen sich Gütekriterien des optischen Übertragungskanals ableiten, beispielsweise durch das Ausgangssignal eines entsprechenden Matched-Filters, daß Aufschluß über die pro Meßsymbol empfangene Energie gibt, sowie durch weitere Verfahren [3]. Die Spreizung bzw. Codierung der Meßsymbole wird dabei an die benötigte Art der Messung angepaßt, insbesondere Spreizungen bzw. Codierungen, die einen Symbolempfang weit unterhalb der Rauschschwelle ermöglichen, eignen sich, um die wesentlichen Übertragungseigenschaften wie optisches Crosstalk (Übersprechen) oder Scattering (Reflektionen) bestimmen zu können. Zur Messung der Dispersion wird beispielsweise das Meßsymbol derart weit gespreizt, daß die entstehenden Chip-Impulse aufgrund ihres kurzen Abstandes voneinander durch die Dispersion merklich verformt werden, und der Effekt im Empfänger erkannt und bewertet wird [4, 5, 6].

Durch das erfindungsgemäße Verfahren wird eine einfache, kostengünstige und für die Nutzdaten transparente Meßmethode für die Übertragungscharakteristik im optischen WDM-Netz vorgestellt, die wesentliche optische Übertragungseigenschaften wie Dämpfung, Dispersion, Crosstalk und Scattering erfassen kann.

Durch die Implementierung des Verfahrens mit verschiedenen, angepaßten Meßsymbolen in räumlich verteilten aber vernetzten Meßeinrichtungen innerhalb eines optischen Netzes kann eine kostengünstige, netzumfassende Online-Überwachung aller Netzelemente bzw. Netzabschnitte betrieben werden, die es ermöglicht, langsam voranschreitende Verschlechterungen, Fehlfunktionen oder Ausfälle schnell zu erkennen und weiterzumelden.

Beispielhafte Ausführungen der Erfindung

Die nachstehende Skizze zeigt schematisch die Überwachung der Übertragungsparameter eines optischen Pfades in einer Richtung durch einen Abschnitt eines WDM-Netzes:

Skizze

Messung eines optischen Pfades

Die Beeinflussung der Übertragung der Meßsymbole durch das Nutzsignal wird durch Referenzmessungen festgestellt, so daß die Management-Einrichtung eine Möglichkeit zur Korrektur der anderen Meßwerte erhält. Die gegebenenfalls im Weg B gemessenen bzw. erkannten Meßsymbole sind durch optischen Crosstalk oder logische Fehlfunktion innerhalb der optischen Knoten dort präsent.

Skizze

Messung von Crosstalk im Kanal 3

Wird durch Crosstalk Energie der Meßsymbol-Codes 1, 2 oder 4 in den Kanal 3 eingestreut, so läßt sich an den Ausgängen der Matched-Filter das Maß für den Crosstalk ermitteln.

Varianten

1. Optisch breitbandige Emission der Meßsymbole (Kostenreduzierung), Empfangsbandbreite nach Bedarf, beispielsweise auch breitbandig zur Messung der "Gesamt-Fasergüte"

Skizze

Breitbandige Emission der Meßsymbole

1. Optisch schmalbandige Emission oder schmalbandiger Empfang der Meßsymbole um die Übertragungsparameter auch innerhalb eines Wellenlängenkanals in Abhängigkeit der Wellenlänge zu ermitteln (Filterflanken, ect.).
2. Eine Durchführung der Dispersionsmessung in verschiedenen Wellenlängen liefert eine Meßreihe, welche die Faserdispersion in Abhängigkeit von der Wellenlänge beschreibt.
3. Die Meßsymbole können an beliebigen Stellen im optischen Netz eingespeist und empfangen werden.
4. Die Meßsymbole können eine Teil-Codierung nach den bereits oben genannten Patentschriften DE 197 30 294 C1, DE 197 25 714 C1 und DE 197 13 952 C1 oder anderen Verfahren erhalten, so daß aufgrund von zusätzlicher Identifizierungsinformation eine empfangsseitige Unterscheidung von gleichzeitig eingespeisten Meßsymbolen möglich wird und dadurch für ein komplexes optisches Netz ein beschleunigter und somit effektiverer Meßzyklus möglich wird.
5. Die Gütebewertung erfolgt dadurch, daß die Meßsymbole mit unterschiedlicher Energie gesendet werden, beispielsweise durch eine Erhöhung der Emissionsleistung oder durch Verlängerung der Sendedauer, und für den Empfang ein Schwellwert-Verfahren eingesetzt wird.

Literatur

[1] Verwendung von Amplitudenhistogrammen zur Bewertung der Übertragungsqualität transparenter optischer Strecken und zur Fehlerdetektion, Norbert Hanik, 1. ITG Fachtagung Photonische Netze, 15. März 1999, Dresden.
[2] Kanalcodierung, Bossert, M., Stuttgart: Teubner, 2. Aufl., 1998.
[3] Digital Communications, Proakis, J. G., New York: McGraw Hill, 2. Aufl., 1989.
[4] Adaptive Filter Theory, Simon Haykin, Prentice Hall, 2. Aufl., 1991.
[5] Korrelationssignale, Hans Dieter Lüke, Springer, 1992.
[6] Systemgrundlagen und Meßtechnik in der opt. Übertragungstechnik, Bludau/Günder/Kaiser, Teubner, 1985.
[7] Die Patentschrift US 5867289 (ohne Verweis im Text).
[8] Die Patentschrift US 5790293 (ohne Verweis im Text).
[9] Die Patentschrift DE 41 29 543 (ohne Verweis im Text).
[10] Die Patentschrift DE 44 27 973 (ohne Verweis im Text).

Claims

1. Verfahren zur Messung der Übertragungsgüte in optischen Netzen, dadurch gekennzeichnet,
daß optische Meßsymbole von einer Meßeinrichtung in das optische Netz eingekoppelt und von einer weiteren Meßeinrichtung, zu der ein Teil der optischen Leistung ans dem Netz ausgekoppelt wird, empfangen werden,
daß die Meßsymbole durch Methoden der elektrischen Bandspreizung der gewünschten Meßart entsprechend codiert sind,
daß die optischen Meßsymbole genau den selben optischen Wellenlängenbereich verwenden, der für die zu überwachende Nutzdatenübertragung verwendet wird,
daß die Meßsymbole mit relativ kleiner Leistung dem Nutzdatensignal überlagert sind ohne eine Störung der Nutzdatenübertragung zu bewirken und
daß aus den Empfangswerten der Meßsymbole Rückschlüsse auf die Übertragungsgüte des optischen Netzes für die Nutzdatenübertragung gezogen werden, auch unter Einbeziehung mehrerer Meßergebnisse von unterschiedlichen Meßeinrichtungen.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß mehrere Meßsymbole verschiedener Meßeinrichtungen auf elektrischer Ebene überlagert werden und einen gemeinsamen optischen Sender verwenden.

3. Verfahren nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß das elektrische Signal eines optischen Empfängers mehreren Meßeinrichtungen zugeführt wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Ein- oder Auskoppelung der Meßsymbole in das Nutzdatensignal nicht auf optischer Ebene erfolgt, sondern auf elektrischer Ebene unter Verwendung der optischen Sender und Empfänger der Nutzdatenübertragung.

5. Verfahren nach Anspruch 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß eine Meßeinrichtung sowohl gleichzeitig zum Senden als auch zum Empfangen von Meßsymbole verwendet wird.

6. Verfahren nach Anspruch 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsymbole je nach Meßart in beide Richtungen eines optischen Pfades gesendet wenden, bzw. aus beiden Richtungen empfangen werden.

7. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Meßsymbole nur einen Teil des Wellenlängenbereich benutzen, der für die Nutzdatenübertragung verwendet wird.

8. Verfahren nach Anspruch 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß die optischen Meßsymbole nur einen beliebig weiten Wellenlängenbereich benutzen, der auch nicht an das Wellenlängen-Kanalraster angelehnt sein muß, das für die Nutzdatenübertragung verwendet wird.

9. Verfahren nach Anspruch 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang der optischen Meßsymbole nur in einem Teil des Wellenlängenbereiches erfolgt, der für die Aussendung der Meßsymbole verwendet wird.

10. Verfahren nach Anspruch 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß der Empfang der optischen Meßsymbole nur in einem beliebig weiten Teil des Wellenlängenbereiches erfolgt, der auch mehrere Aussendungen von Meßsymbolen auf verschiedenen Wellenlängen beinhalten kann.

11. Verfahren nach Anspruch 1 bis 10, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen an beliebigen Stellen im optischen Netz positioniert sind.

12. Verfahren nach Anspruch 1 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßeinrichtungen ihre Meßwerte an eine zentrale Stelle weitermelden.

13. Verfahren nach Anspruch 1 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßsymbole eine Teilcodierung nach den Patentschriften DE 197 30 294 C1, DE 197 25 714 C1 und DE 197 13 952 C1 oder anderweitig erhalten, die eine Unterscheidung gleichzeitig eingespeister Meßsymbole im Empfänger ermöglicht.

14. Verfahren nach Anspruch 1 bis 13, dadurch gekennzeichnet, daß die Gütebewertung erfolgt dadurch, daß die Meßsymbole mit unterschiedlicher Energie gesendet werden, beispielsweise durch eine Erhöhung der Emissionsleistung oder durch Verlängerung der Sendedauer, und für den Empfang ein Schwellwert-Verfahren eingesetzt wird.

15. Verfahren nach Anspruch 1 bis 14, dadurch gekennzeichnet, daß nach dem optischen Sender oder vor dem optischen Empfänger optische Elemente in den Pfad installiert werden, die besondere Messungen spezifizieren, insbesondere Wellenlängenfilter und Polarisationsfilter.

16. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren auf einen einzelne Glasfaserstrecke angewandt wird.

17. Verfahren nach Anspruch 1 bis 15, dadurch gekennzeichnet, daß das Verfahren auf eine Glasfaser-Stichleitung angewandt wird, wie sie z. B. für Meßaufnehmer verwendet wird und daß sich die Meßeinrichtungen zum Senden und Empfangen der Meßsymbole nur an einem Ende der Glasfaser befinden.