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Hintergrund der Erfindung
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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Dispersionskompensation
in einem optischen Datennetzwerk, wobei das Netzwerk zwei Knoten
(A, B), mindestens zwei Pfade, die die beiden Knoten verbinden,
sowie Mittel zum Umschalten zwischen den Pfaden umfasst.
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Ein
derartiges Verfahren ist im Patent
US 6.674.935 beschrieben.
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Optische
Datennetzwerke, wie beispielsweise 10 oder 40 Gbit/s-Netzwerke, werden
eingesetzt, um Daten mit hoher Geschwindigkeit über lange Strecken, in einer
Größenordnung
von mehreren Hundert Kilometern zu übertragen. Ein solches Netzwerk
umfasst Knoten, d.h. Geräte
für den
Zugriff auf das Netzwerk, um Daten aus dem Netzwerk auszulesen und/oder
Daten einzustellen. Die Verbindungen zwischen den Knoten werden
als Pfade bezeichnet. Typischerweise ist jeder Knoten mit mehreren
benachbarten Knoten verbunden.
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Es
können
jedoch Probleme auftreten, wenn ein Pfad in einem Netzwerk ausfällt. Eine
solche Störung
kann durch eine geplante Deaktivierung des Pfads ausgelöst werden,
z.B. um das Netzwerk zu verändern,
oder sie kann unbeabsichtigt durch eine unvorgesehene Leitungsunterbrechung
wegen eines Materialdefekts auftreten. Der Datenverkehr im Netzwerk
kann den gestörten
Pfad nicht mehr nutzen, wodurch der Datenverkehr insgesamt gefährdet ist.
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Eine
Möglichkeit,
ein Netzwerk vor dem Ausfall eines Pfads zu schützen, besteht in dem 1 + 1-Schutzschema.
In diesem Schema umfasst eine Verbindung zwischen zwei Knoten zwei
(oder mehrere) komplette, unabhängige
und parallele Pfade, einschließlich
zwei Transpondern am Quellknoten und zwei Empfängern am Empfangsknoten. Beide
Pfade werden permanent und gleichzeitig für die gleichen Daten verwendet.
Im Fall einer Störung
in einem Pfad funktioniert die Datenverbindung mit Hilfe des anderen
Pfads weiterhin ohne Unterbrechung. Das 1 + 1-Schutzschema ist unvorteilhaft, weil
es die doppelte Geräteausstattung
erfordert und eine große
Menge an redundantem Datenverkehr verursacht.
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Eine
andere Möglichkeit,
ein Netzwerk zu schützen,
besteht in der Schutzvermittlung gemäß der Beschreibung im Patent
US 6.674.935 . Im Fall eines
Pfadausfalls wird der Verkehr um den ausgefallenen Pfad herumgeleitet.
Wenn der Verkehr z.B. normalerweise von Knoten A über den
direkten Pfad AB zu Knoten B übermittelt
wird, und der genannte direkte Pfad AB ausfällt, wird der Verkehr über einen Knoten
C, der mit den beiden Knoten A und B verbunden ist, geleitet. Der
Verkehr nimmt in diesem Fall den alternativen Pfad von A über C zu
B (= ACB).
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Die
bekannte Schutzvermittlung funktioniert bei 10 Gbit/s-Systemen gut, da
die chromatische Dispersionsschwankung zwischen dem normalen Pfad und
dem alternativen Pfad typischerweise ausreichend klein ist, so dass
sie innerhalb des Akzeptanzbereichs für den Empfänger am Empfangsknoten liegt.
In 40 Gbit/s-Systemen ist die Toleranz gegenüber der Restdispersion jedoch
um fast das 16fache kleiner als bei 10 Gbit/s-Systemen. Daher ist
die chromatische Dispersionsschwankung zwischen dem normalen Pfad
und dem alternativen Pfad typischerweise für den Empfänger am Empfangsknoten zu groß.
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Im
Patent
US 6.674.935 wird
ein optischer Verbindungsaufbau zur Vereinfachung von Netzwerkvariationen
bei laufendem Betrieb beschrieben. Ein optischer Signaleingang ist
mit einem optischen Netzknoten verbunden, und ein optischer Signalausgang
ist mit einem anderen optischen Netzknoten verbunden. Zwischen den
optischen Netzknoten sind zwei optische Anschlüsse angeordnet. In einer ersten
Schaltstellung wird eine Verbindung über den ersten optischen Anschluss
und eine erste Glasfaser zwischen dem Signaleingang und den Signalausgängen hergestellt,
und in einer zweiten Schaltstellung wird die Verbindung über den
zweiten optischen Anschluss und eine zweite Glasfaser hergestellt.
Selektiv können
weitere optische Anschlüsse
integriert werden. An den optischen Anschlüssen können Dispersionskompensationsmodule
angeordnet werden. Der optische Verbindungsaufbau minimiert Verkehrsunterbrechungen
beim Umschalten zwischen den Verbindungen.
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Daher
werden im Patent
US 6.674.935 Dispersionskompensationsmodule
für den
normalen und den alternativen Pfad eingesetzt. Dies erfordert jedoch
ebenfalls eine kostenaufwändige
Mehrfach-Geräteausstattung.
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Im
Patent
US 2004/0223766
A1 wird ein optisches Netzwerk beschrieben, das eine Vielzahl
an Netzelementen umfasst. In dem Netzwerk steht eine Vielzahl an
Netzwerkverbindungen mit einzelnen Signalbeeinträchtigungen zur Verfügung. Innerhalb
eines Netzelements gibt es eine Vielzahl von Sendern und Empfängern, die
unterschiedliche Modulationskonfigurationen verwenden, sowie eine
Strahlengangeinheit, die mit einem Speicher verbunden ist, der die
Beeinträchtigungsmerkmale
der Netzwerkverbindungen speichert. Soll das Signal einer Meldung über eine
Netzwerkverbindung übertragen
werden, wählt
die Strahlengangeinheit einen der Sender für das Meldungssignal aus, dann
wird das Meldungssignal entsprechend der Modulationskonfiguration
des gewählten
Senders moduliert und von dem gewählten Sender übertragen.
Der Sender – und
damit die Modulationskonfiguration – wird so gewählt, dass
das Signal über
die Netzwerkverbindung möglichst
wenig von Signalbeeinträchtigungen
betroffen ist.
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Gegenstand der Erfindung
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Es
ist daher Gegenstand der Erfindung, ein Verfahren zur Optimierung
der Dispersionskompensation in einem 40 Gbit/s-System (oder einem
höheren
System) nach der Umschalten von Pfaden zu bieten, das nur ein einfach
aufgebautes optisches Datennetzwerk erfordert und gleichzeitig eine
schnelle Wiederherstellung der Datenübertragung nach dem Umschalten
der Pfade ermöglicht.
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Kurze Beschreibung der Erfindung
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Dieser
Gegenstand wird gemäß der Erfindung
mit Hilfe des eingangs genannten Verfahrens umgesetzt, dadurch gekennzeichnet,
dass das Netzwerk einen gemeinsamen, einstellbaren Dispersionskompensator
(= TDC) für
alle der mindestens zwei Pfade umfasst, dass vor dem Einsatz des
Netzwerks für
jeden Pfad eine Einheit mit optimierten Betriebsparametern für das Netzwerk
ermittelt und gespeichert wird, wobei die Betriebsparameter des
Netzwerks auch die Betriebsparameter des TDC beinhalten, und dass
beim Einsatz des Netzwerks nach der Vermittlung eines Pfads das
Netzwerk automatisch an eine Einheit von Ausgangs-Betriebsparametern angepasst
wird, die auf der Einheit vordefinierter Betriebsparameter für den jeweiligen
Pfad basieren.
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Der
TDC ist in der Lage, die Dispersion in jedem Pfad zu kompensieren,
und zwar in ausreichendem Umfang, um den Betrieb eines Empfängers am Empfangsknoten
in einem 40 Gbit/s-System zu ermöglichen.
Auf diese Weise können
alle Pfade mit einem gemeinsamen TDC genutzt werden, wobei das Netzwerkdesign
einfach gehalten wird.
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Im
Prinzip könnten
der TDC – sowie
das Netzwerk insgesamt – an
einen Pfad angepasst werden, der mit Hilfe von Standardverfahren,
wie z.B. dem Feedback der Bitfehlerrate (= BER), die anhand der
Vorwärts-Fehlerkorrektur
(= FEC) nach dem Umschalten gemessen wird, vermittelt wird. Der
für eine solche
Anpassung erforderliche Zeitraum ist jedoch relativ lang, deutlich über 10 Sekunden.
Dies würde eine
zur Wiederherstellung der Datenübertragung nach
dem Umschalten erforderliche Mindestdauer (= Wiederherstellungsdauer)
darstellen, die für
viele Zwecke als zu lang erachtet wird.
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Um
die Wiederherstellungsdauer zu verkürzen, wird für jeden
Pfad eine Einheit an optimierten Betriebsparametern für das Netzwerk
ermittelt und gespeichert. Beim Umschalten auf einen neuen Pfad wird
aus dieser vordefinierten Einheit an Betriebsparametern eine Einheit
an Ausgangs-Betriebsparametern für
den neuen Pfad abgeleitet und das Netzwerk wird umgehend an diese
Ausgangs-Betriebsparameter angepasst. Eine Einheit an Betriebsparametern gilt
als für
einen Pfad optimiert, wenn sie die Möglichkeit zur Ableitung einer
Ausgangseinheit an Betriebsparametern bietet, die das Netzwerk über den
genannten Pfad sofort einsatzfähig
macht. Folglich sind keine Messungen der Dispersionseigenschaften
des geschalteten Pfads zur Wiederherstellung der Datenübertragung
innerhalb des Netzwerks erforderlich, wodurch die Wiederherstellungsdauer
besonders kurz wird.
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Eine
Einheit an Betriebsparametern umfasst Informationen über die
chromatischen Dispersionsmerkmale des jeweiligen Pfads. Durch eine
geeignete Einteilung in Kategorien kann eine Einheit an Betriebsparametern
gemäß der Erfindung
auf eine einzige Variable reduziert werden.
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Durch
Ermittlung und Speicherung einer Einheit an Betriebsparametern für jeden
Pfad kann eine große
Anzahl an alternativen Pfaden innerhalb des Netzwerks zur Verfügung gestellt
werden.
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Eine äußerst bevorzugte
Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass das Netzwerk im Fall einer Verbindungsunterbrechung
in einem Pfad automatisch auf einen anderen funktionsfähigen Pfad
umschaltet. Die kurze Wiederherstellungsdauer macht das Verfahren gemäß der Erfindung
für diesen
Pfadschutz durch Schutzvermittlung besonders geeignet.
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In
einer anderen Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung ist eine Einheit
an Ausgangs-Betriebsparametern identisch mit der Einheit an vordefinierten
Betriebsparametern des jeweiligen Pfads. In diesem Fall ist kein
Ableitungsvorgang, d.h. keine Berechnung, erforderlich, um die Ausgangs-Betriebsparameter
zu ermitteln, wodurch diese Variante einfach und schnell durchführbar ist.
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Eine
alternative und bevorzugte Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung
ist dadurch gekennzeichnet, dass die Netzwerkvariation nach dem
Umschalten von einem ersten Pfad auf einen zweiten Pfad anhand eines
Vergleichs zwischen der letzten Einheit an Betriebsparametern für den ersten
Pfad und der Einheit an vordefinierten Betriebsparametern für den ersten
Pfad ermittelt wird, und dass die Einheit an Ausgangs-Betriebsparametern
für den
zweiten Pfad von der Einheit an vordefinierten Betriebsparametern
für den
zweiten Pfad abgeleitet wird, wobei die ermittelte Netzwerkvariation
berücksichtigt wird.
Die Merkmale des Netzwerks können
während des
Betriebs erheblichen Variationen unterliegen, wie beispielsweise
einer jahreszeitbedingten Temperaturänderung. In diesem Fall müssen die
Betriebsparameter des Netzwerks an diese Variationen angepasst werden,
um eine optimale Netzwerkleistung zu gewährleisten. Die Netzwerkvariation
gibt die aktuellen Merkmale des Netzwerks an. Beim Umschalten eines
Pfads ermöglicht
die Berücksichtigung
der Netzwerkvariation die Ableitung von genaueren Ausgangs-Betriebsparametern
für den
zu schaltenden Pfad, d.h. die Netzwerkleistung unmittelbar nach dem
Umschalten wird verbessert. Die Ableitung kann eine Gewichtung der
Netzwerkvariation anhand der Pfadlängen umfassen.
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In
einer bevorzugten Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung umfassen die
Betriebsparameter des Netzwerks einen Empfängergrenzwert und/oder eine
Empfängerphase.
Auf diese Weise kann die Netzwerkleistung unmittelbar nach dem Umschalten
verbessert werden.
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Die
Vorteile der Erfindung werden in einer Variante deutlich, wobei
das optische Netzwerk eine Datenübertragungsgeschwindigkeit
von 40 Gbit/s oder darüber
aufweist. Die Variante kann eine chromatische Dispersionskompensation
mit kurzer Wiederherstellungsdauer bieten, die selbst bei diesen Datenübertragungsgeschwindigkeiten
nur einen TDC erfordert.
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Des
Weiteren wird eine Variante bevorzugt, die dadurch gekennzeichnet
ist, dass der TDC in der Lage ist, die Ausgangs-Betriebsparameter mit Hilfe eines Softwaresignals
einzustellen. Diese Anpassung ist besonders schnell und einfach
umzusetzen.
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In
einer weiteren, vorteilhaften Variante des Verfahrens gemäß der Erfindung
wird nach der Anpassung des Netzwerks an die Einheit an Ausgangs-Betriebsparametern
nach dem Umschalten von Pfaden ein Optimierungsverfahren für die Betriebsparameter
gestartet. Obwohl die Ausgangs-Betriebsparameter das Netzwerk sofort
einsatzbereit machen, können
sie von den bestmöglichen
Betriebsparametern abweichen, z.B. aufgrund eines unausgeglichenen
Qualitätsverlusts
der Datenübertragungsleitungen
im Lauf der Zeit. Mit Hilfe der Variante können bessere Betriebsbedingungen
gefunden und umgesetzt werden, wodurch die Netzwerkleistung erhöht wird.
Das genannte Optimierungsverfahren kann FEC-Messungen der BER umfassen.
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Der
Umfang der Erfindung umfasst außerdem
einen Transponder für
ein optisches Datennetzwerk, der mindestens zwei Anschlüsse zur
Bereitstellung von Verbindungen mit mindestens zwei verschiedenen
Pfaden des Netzwerks und außerdem Mittel
zum Umschalten zwischen den Anschlüssen umfasst, dadurch gekennzeichnet,
dass der Transponder einen gemeinsamen, einstellbaren Dispersionskompensator
(= TDC) für
alle der mindestens zwei Anschlüsse
sowie außerdem
Speichermittel umfasst, die eine Einheit an vordefinierten, optimierten
Betriebsparametern des Transponders für jeden Anschluss speichern,
wobei die Betriebsparameter des Transponders die Betriebsparameter
des TDC sowie Mittel zur automatischen Anpassung des Transponders
nach dem Umschalten auf einen Anschluss eine Einheit an Ausgangs-Betriebsparametern
umfassen, die auf der Einheit an Betriebsparametern basieren, die
für den
entsprechenden Anschluss vordefiniert wurden. Ein Transponder gemäß der Erfindung
kann zur Umsetzung der oben beschriebenen Verfahren gemäß der Erfindung
eingesetzt werden.
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Außerdem umfasst
der Umfang der Erfindung zudem den Einsatz eines oben beschriebenen Transponders
gemäß der Erfindung
in einem optischen Netzwerk mit Pfadschutz.
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Weitere
Vorteile sind aus der Beschreibung und den beiliegenden Zeichnungen
ersichtlich. Die oben und im Folgenden genannten Merkmale können in Übereinstimmung
mit der Erfindung entweder einzeln oder gemeinsam in beliebigen
Kombinationen eingesetzt werden. Die genannten Ausführungsvarianten
sind nicht als abschließende
Aufzählung
zu verstehen, sondern haben lediglich Beispielcharakter zur Beschreibung
der Erfindung.
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Zeichnungen
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Die
Erfindung wird anhand der Zeichnungen beschrieben.
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1 zeigt
ein optisches Datennetzwerk mit optimierter Dispersionskompensation
gemäß der Erfindung
im Status vor einer Leitungsunterbrechung;
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2 zeigt
das optische Datennetzwerk aus 1 im Status
nach einer Leitungsunterbrechung.
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1 zeigt
ein optisches Datennetzwerk 1 mit Pfadschutz und Wiederherstellung
gemäß der Erfindung.
Das Netzwerk 1 umfasst drei Knoten A, B und C, die jeweils über die
Pfade AB, AC und CB miteinander verbunden sind. Die Pfadlängen betragen 500
km für
AB, 300 km für
AC und 350 km für
CB. Die Knoten A, B und C sind in der Lage, Daten in das Netzwerk 1 einzustellen
und Daten aus dem Netzwerk 1 auszulesen. Das Netzwerk 1 kann
weitere Knoten mit den entsprechenden Verbindungen (nicht abgebildet)
umfassen.
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Die
Knoten A, B umfassen optische Schalter 2, 3 zur
Auswahl eines Pfads für
die von Knoten A an Knoten B zu übertragenden
Daten. In der Regel wird der direkte Pfad AB eingesetzt, bei dem
es sich um die kürzeste
Verbindung zwischen Knoten A und Knoten B handelt. In dem in 1 dargestellten
Status befinden sich die Schalter 2, 3 in ihrer
unteren Position für
den direkten Pfad AB. Die Datenübertragungsgeschwindigkeit
beträgt
40 Gbit/s.
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Der
Knoten B umfasst einen einstellbaren Dispersionskompensator (= TDC) 4,
der mit dem rechten Ende des Schalters 3 verbunden ist.
Somit wird der TDC 4 in jeder Position des Schalters 3 eingesetzt,
d.h. in jedem Pfad, mit dem Datenverkehr übertragen werden kann.
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Der übertragene
Verkehr liegt dank des TDC 4 innerhalb des Toleranzbereichs
eines Empfängers (nicht
abgebildet) am Empfangsknoten B. Der Knoten B stellt im Wesentlichen
einen Transponder im Sinne der Erfindung dar, wobei es sich bei
den linken Verbindungen des Schalters 3 um seine Anschlüsse handelt.
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Für die beiden
Pfade AB und A über
C zu B (= ACB) wurde nach der Installation des Netzwerks 1 eine
Einheit an optimierten Betriebsparametern ermittelt. Aus diesem
Grund ist es bekannt, dass der Pfad AB eine akkumulierte Dispersion
von etwa +100 ps/nm und der Pfad ACB eine akkumulierte Dispersion
von etwa +50 ps/nm aufweist. Außerdem
wurden nach der Installation für
jeden Pfad AB und ACB ein optimierter Empfängergrenzwert sowie eine Phase ermittelt
und aufgezeichnet.
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Wenn
der Pfad AB eingesetzt wird, wie in 1 dargestellt,
werden die Betriebsparameter des Netzwerks 1 an diesen
Pfad angepasst. Insbesondere wird der TDC 4 ausgewählt, um
+100 ps/nm zu kompensieren.
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Während der
Lebensdauer des Netzwerks 1 kann es zu einer Leitungsunterbrechung 5 im
direkten Pfad für
die Verbindung zwischen den Knoten A und B auftreten. Das Netzwerk 1 ist
in einem eingeschränkten
Status in 2 dargestellt. Die Daten werden
dann über
die Pfade AC und CB an den Knoten C umgeleitet. Die Umleitung erfolgt
durch Umschalten der optischen Schalter 2, 3 in
ihre obere Position, die jeweils an Knoten C geleitet wird. Die
Umschaltung erfolgt, sobald die Leitungsunterbrechung 5 erfasst
wurde. Gleichzeitig werden die Betriebsparameter des Netzwerks 1 an
den Schutzpfad ACB angepasst. Insbesondere werden die Betriebsparameter
des TDC 4 in die neuen Ausgangswerte geändert, die zur Kompensation
von +50 ps/nm geeignet sind. Es ist nicht erforderlich, die Dispersionsmerkmale
im Pfad ACB vor der Anpassung des TDC erneut zu messen. Die neuen
Ausgangsparameter machen das Netzwerk 1 sofort einsatzfähig.
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Um
eine bessere Netzwerkleistung zu erhalten, insbesondere eine niedrigere
BER, können
die Betriebsparameter des Netzwerks 1 während des Einsatzes des Netzwerks 1 optimiert
werden. Typische Optimierungsalgorithmen beinhalten beispielsweise
FEC-Messungen der BER. Eine Änderung
der besten Betriebsbedingungen kann aufgrund von Temperaturschwankungen
auftreten. In diesem Fall sollte die aktuelle Netzwerkvariation
beim Umschalten zwischen den Pfaden berücksichtigt werden.
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Wenn
der TDC 4 beispielsweise unmittelbar vor der Erfassung
der Leitungsunterbrechung 5 eine akkumulierte Dispersion
von nur +80 ps/nm im Pfad AB, anstelle von +100 ps/nm kompensiert,
bedeutet dies, dass das Netzwerk 1 eine Netzwerkvariation von (80 ps/nm – 100
ps/nm) = –20
ps/nmin Bezug auf die akkumulierte Dispersion im Pfad AB aufweist.
Daher sollten als Ausgangs-Betriebsparameter für den TDC 4 im Pfad
ACB nicht die vordefinierten Betriebsparameter von +50 ps/nm gelten, sondern
diese müssen
entsprechend angepasst werden. Geht man davon aus, dass es sich
bei der Netzwerkvariation nur um die Addition einer Zahl handelt, ergibt
sich ein Ausgangs-Betriebsparameter für den Pfad ABC von (50 ps/nm – 20
ps/nm) = 30 ps/nm.
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Im
Rahmen des Installationsverfahrens kann eine Korrelationsfunktion
zwischen den Netzwerkvariationen in verschiedenen Pfaden festgelegt
werden. Wenn die Netzwerkvariation für den abgeschalteten Pfad bekannt
ist, kann die Korrelationsfunktion zur Berechnung der Ausgangs-Betriebsparameter
aus den vordefinierten Betriebsparametern für den zugeschalteten Pfad genutzt
werden.
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Natürlich können die
Ausgangs-Betriebsparameter ein Ausgangspunkt für die weitere Optimierung der
Betriebsparameter des zugeschalteten Pfads sein, z.B. unter Verwendung
von FEC-Messungen der BER.