SE518205C2

SE518205C2 - Measuring optical signal quality in wavelength multiplexed communication channels, using signal difference obtained by subtracting adapted test and reference signals

Info

Publication number: SE518205C2
Application number: SE0100894A
Authority: SE
Inventors: Torbjoern Svensson
Original assignee: Telia Ab
Priority date: 2001-03-15
Filing date: 2001-03-15
Publication date: 2002-09-10
Also published as: SE0100894D0; SE0100894L

Abstract

Optical signal quality is measured using a method comprising the following steps : (a) transmitting a test signal via the channel whose optical signal quality is to be measured ; (b) generating a reference signal ; (c) drawing off the transmitted signal and combining it with the refence signal at essentially the same location ; (d) converting the test and reference signals ; (e) detecting comparable signal sections in the respective signals ; (f) synchronising the signals ; (g) comparing the test and reference signals ; (h) adapting signal performance for the test and reference signals ; (i) generating a signal difference by subtracting the adapted test and reference signals ; and (j) providing an output value representing the effect of the channel on signal quality. An Independent claim is also included for the device used to carry out this method.

Description

20 25 30 35 518 205 2 också i någon mån bunden till den linjekod som används vid den optiska signaleringen och tillåter inte heller en blandning av olika bithastigheter i samma våglängdskanal, vilket kan tänkas i ett klienttransparent nät. Also to some extent bound to the line code used in the optical signaling and also does not allow a mixture of different bit rates in the same wavelength channel, which is conceivable in a client-transparent network.

Det är därför ett syfte med föreliggande uppfinning att tillhandahålla en altemativ metod, som beror minimalt av klientskikt (SDH, ATM, IP) och linjekod (NRZ, RZ) samt klarar att mäta det sammanlagda felet från olika slags förvrängningar av den optiska signalen (brus, dispersion, FWM etc.) och även kan lokalisera läget för källorna till förvrängningarna.It is therefore an object of the present invention to provide an alternative method, which depends minimally on client layers (SDH, ATM, IP) and line code (NRZ, RZ) and is able to measure the total error from different kinds of distortions of the optical signal (noise , dispersion, FWM, etc.) and can also locate the location of the sources of the distortions.

Förkortningar Teknikområdet innefattar en del termer och förkortningar. För ökad tydlighet anges här några begrepp och deras innebörd i detta dokument.Abbreviations The technology area includes some terms and abbreviations. For the sake of clarity, here are some concepts and their meaning in this document.

Våglängdsmultiplexering avser här WDM, Wavelength Division Multiplexing.Wavelength multiplexing here refers to WDM, Wavelength Division Multiplexing.

QOS, quality of signal, signalkvalitet, avser här de sammanlagda förvrängningarna av den signal som passerat genom ett antal heloptiska nätelement. Med SDA avses Synchronous Digital Hierarchy, den europeiska motsvarigheten till SONET. Med SON ET avses Synchronous Optical Network.QOS, quality of signal, signal quality, here refers to the total distortions of the signal that has passed through a number of fully optical network elements. SDA refers to Synchronous Digital Hierarchy, the European equivalent of SONET. SON ET refers to Synchronous Optical Network.

Sammanfattning av uppfinningen Uppfinningen avser metod och anordning för att i våglängdsmultiplexerade kanaler mäta optisk signalkvalitet, även under trafikering av kanalen och innefattande även uppmätning av svag eller begynnande signaldegeneration.Summary of the invention The invention relates to a method and device for measuring optical signal quality in wavelength-multiplexed channels, also during traffic of the channel and also including measurement of weak or incipient signal degeneration.

Metoden kan utnyttjas för att övervaka signalkvalitet (QoS) i den optiska domänen hos bland annat WDM-nät och länkar. Metoden innefattar följande steg - transmission av en testsignal genom den kanal vars optiska signalkvalitet skall mätas - generering av en referenssignal - mottagning av transmitterad testsignal samt bringande av densamma tillsammans med nämnd referenssignal till väsentligen samma plats - omvandling av testsignal och referenssignal - jämförelse mellan testsignal och referenssignal - reglering av signaleffekterna för test- och referenssignalerna till identiska nivåer - generering av en signaldifferens genom subtraktion av de reglerade test- och referenssignalerna Detaljerad beskrivning av föredragna utföringsformer I det följande beskrivs en metod och en arkitektur för att i en optisk kanal övervaka dess QoS, dvs de sammanlagda förvrängningarna av den signal som passerat genom ett antal heloptiska nätelement. Uppmätningen av QoS görs genom 10 15 20 25 30 35 518 205 3 att en transmitterad signal jämförs med en referenssignal, i första hand skapad av en och samma ljuskälla, en laser (den ordinarie signalkällan eller en laser med avstämbar våglängd för att kunna täcka väsentligen alla kanaler hos det system som skall övervakas). Vid nämnda jämförelse regleras signaleffekterna till identiska nivåer och en subtraktion görs. Den minsta differensen utgör ett mått på QoS.The method can be used to monitor signal quality (QoS) in the optical domain of, among other things, WDM networks and links. The method comprises the following steps - transmission of a test signal through the channel whose optical signal quality is to be measured - generation of a reference signal - reception of transmitted test signal and bringing it together with said reference signal to substantially the same place - conversion of test signal and reference signal - comparison between test signal and reference signal - control of the signal effects of the test and reference signals to identical levels - generation of a signal difference by subtraction of the regulated test and reference signals Detailed description of preferred embodiments The following describes a method and an architecture for monitoring its QoS in an optical channel. , i.e. the total distortions of the signal passed through a number of fully optical network elements. The measurement of QoS is done by comparing a transmitted signal with a reference signal, primarily created by one and the same light source, a laser (the ordinary signal source or a laser with tunable wavelength to be able to cover substantially all channels of the system to be monitored). In said comparison, the signal effects are regulated to identical levels and a subtraction is made. The smallest difference is a measure of QoS.

Eventuella avvikelser från normal effektnivå kan också utgöra mått på kanalens QoS.Any deviations from the normal power level can also be a measure of the channel's QoS.

Grundläggande egenskaper (1) Metoden grundar sig på en amplitudmodulerad signal med hög reproducerbarhet. Signalen (eller en del därav) förutsätts kunna identifieras och samtidigt jämföras med en ursprungligen identisk signal (eller del av signal), som transmitterats genom en optisk kanal vars signalpåverkan önskas studerad. En enkel signalsekvens kan vara en serie av hög-låg-hög-låg-. . .nivå, vilket förenklar synkronisering av signalerna. (2) Den transmitterade signalen respektive referenssignalen, bringas till sina respektive elektriska former via optoelektrisk omvandling före detektion i en detektor för varje signal. Vidare jämförs deras envelopper genom att den elektriska signalen från respektive detektor ansluts till var sin port på en differensförstärkare, vilken subtraherar de bägge signalerna från varandra. (Om en optisk subtraktion skall företas krävs, att reproducerbarheten inte endast avser signalenveloppen utan att även den optiska vågens fas kan hållas under kontroll). (3) Matchning av signalernas amplitud sker genom reglering av effekten, i första hand hos den elektriska referenssignalen. (4) Synkronisering av identifierade pulståg görs i första hand elektriskt. Vid ytterligare behov av tidsjustering kan den optiska referenssignalen genomlöpa en fördröjning (en lämplig längd fiber, vilken dock kan distordera signalen). Om klienten tillåter att långa tidsluckor hålls öppna kan synkroniseringen förenklas.Basic properties (1) The method is based on an amplitude modulated signal with high reproducibility. The signal (or a part thereof) is assumed to be identifiable and at the same time compared with an originally identical signal (or part of signal), which is transmitted through an optical channel whose signal influence is desired to be studied. A simple signal sequence can be a series of high-low-high-low-. . .level, which simplifies the synchronization of the signals. (2) The transmitted signal and the reference signal, respectively, are brought to their respective electrical forms via optoelectric conversion before detection in a detector for each signal. Furthermore, their envelopes are compared by connecting the electrical signal from each detector to their respective ports on a differential amplifier, which subtracts the two signals from each other. (If an optical subtraction is to be performed, it is required that the reproducibility not only refers to the signal envelope but that the phase of the optical wave can also be kept under control). (3) Matching of the amplitude of the signals takes place by regulating the power, primarily of the electrical reference signal. (4) Synchronization of identified pulse trains is primarily done electrically. In the event of a further need for time adjustment, the optical reference signal may undergo a delay (a suitable length of fiber, which may, however, distort the signal). If the client allows long time slots to be kept open, synchronization can be simplified.

Tiden beror bl a av det optiska spårets omfattning, se punkt 6.2. (5) För att returnera signalen till platsen för mätningen finns en mängd altemativa utföringsfonner av uppfinningen, se nedan. (5.1) Hos ett nätelement av routertyp kan dess forwarding-funktionalitet tillämpas vilken realiserar en så kallat fast path, på så sätt att ur ett skickat IP-paket löses ett fåtal uppgifter såsom destination, nätmask och TTL, vilka styr nämnda paket till en bestämd port för retur till referenskällan genom lämplig fysisk kanal.The time depends, among other things, on the extent of the optical track, see section 6.2. (5) In order to return the signal to the location of the measurement, there are a number of alternative embodiments of the invention, see below. (5.1) In a network element of a router type, its forwarding functionality can be applied which realizes a so-called fixed path, in such a way that from a sent IP packet a few tasks are solved such as destination, subnet mask and TTL, which control said packet to a specific port for return to the reference source through the appropriate physical channel.

Genom förfarandet kan paketets fördröjning minimeras och en ”återstuds” erhållas inom mycket kort tid, något tiotal nanosekunder beroende av routerkonfiguration.Through the method, the delay of the packet can be minimized and a "rebound" is obtained in a very short time, about ten nanoseconds depending on the router configuration.

Så kallade ICMP-paketformat kan användas för att garantera att paketet ej går förlorat. 10 15 20 25 30 35 518 205 4 (5. l .1) Eftersom signalen ej tillåts genomgå optoelektrisk omvandling, kan signalen efter identifiering i routem få styra en optisk switch mellan inkommande port och utgående port till returkanalen. Paketets header går förlorad, men dess payload innehåller den för jämförelse med referenssignalen viktiga sekvensen (1).So-called ICMP packet formats can be used to ensure that the packet is not lost. 10 15 20 25 30 35 518 205 4 (5. l .1) Since the signal is not allowed to undergo optoelectric conversion, the signal can, after identification in the router, control an optical switch between the incoming port and the outgoing port to the return channel. The packet header is lost, but its payload contains the sequence (1) which is important for comparison with the reference signal.

Routern kan sedan hålla kvar paket i kö på utgående buffert så länge övervakningssignalen behöver returkanalen. (5.2) I synkrona nät av SDH-typ kan systemklockan få styra tillåtna tidsluckor för signalretur, vilka öppnas genom att under ett kort ögonblick sluta en optisk switch, för att returnera signalen i lämplig fysisk kanal. (6) För att kunna lokalisera degradation utmed godtyckliga delar av det optiska spåret krävs att signalen behandlas enligt något av följande altemativ. (6.1) Signalen returneras i valbara punkter motsvarande nämnda godtyckliga delar av det optiska spåret. (6.2) Signalen kan sändas från respektive avsnitt utmed det optiska spåret och returneras i endast en punkt.The router can then keep packets queued on outgoing buffer as long as the monitoring signal needs the return channel. (5.2) In SDH-type synchronous networks, the system clock may control the permitted time slots for signal return, which are opened by closing an optical switch for a short moment, in order to return the signal in the appropriate physical channel. (6) In order to be able to locate degradation along arbitrary parts of the optical track, the signal must be processed according to one of the following alternatives. (6.1) The signal is returned at selectable points corresponding to said arbitrary parts of the optical track. (6.2) The signal can be transmitted from each section along the optical track and returned at only one point.

I båda fallen kan jämförelsen mellan signalerna göras på ett och samma ställe i nätet.In both cases, the comparison between the signals can be made in one and the same place in the network.

Ett optiskt spår med den fysiska längden 600 km tur och retur orsakar en fördröjning av signalen med 2,8 millisekunder. Om spåret skall övervakas i sin helhet krävs att referenskällan först sänder ett paket med testsignalen, därefter ännu en testsignal för jämförelse när retursignalen anländer. Genom att laborera med tidsluckomas varaktighet och förekomst kan man finna betingelser där testsignalerna ej stör trafiken. Hänsyn kan behöva tas till trafiktyp, paketlängd och fördröjningar orsakade av länkavstånd mellan nätelement respektive placering av optiska switchpunkter. Som exempel gäller för IP-trafik med paketlängden 1500 bitar och bithastigheten 10 Gbps att ett ensamt paket rymmer en testsignal med tidsluckan 150 nanosekunder. När längre tider än så behövs för den optiska switchningen av kanalerna kan antalet paket ökas, upp till begränsningar som ges av fördröjningskänsliga tjänster (några tiotals millisekunder). Är kanalen ej trafiksatt kan mätningen i stället pågå kontinuerligt. (7) Identifiering av signalpulsen enligt uppfinningen kan möjliggöras på olika sätt. I en utföringsform läggs tidpunkt och mätsignal i samma optiska paket (IP-paket i förekommande fall). En detektor D., för transmitterad signal identifierar paketet och sänder en synksignal att subtraktion med referenssignalen skall påbörjas i subtraktionsenhet E. Paketen kan läggas i fördefinierade tidsluckor hos sändande nätelement.An optical track with a physical length of 600 km round trip causes a delay of the signal by 2.8 milliseconds. If the track is to be monitored in its entirety, the reference source must first send a packet with the test signal, then another test signal for comparison when the return signal arrives. By working with the duration and occurrence of time slots, you can find conditions where the test signals do not interfere with traffic. Consideration may need to be given to traffic type, packet length and delays caused by link distances between network elements and the location of optical switching points, respectively. As an example, for IP traffic with a packet length of 1500 bits and a bit rate of 10 Gbps, a single packet holds a test signal with a time slot of 150 nanoseconds. When longer times than necessary are needed for the optical switching of the channels, the number of packets can be increased, up to limitations given by delay-sensitive services (a few tens of milliseconds). If the channel is not in traffic, the measurement can instead take place continuously. (7) Identification of the signal pulse according to the invention can be made possible in different ways. In one embodiment, the time and measurement signal are placed in the same optical packet (IP packet if applicable). A transmitter D., for transmitted signal, identifies the packet and sends a sync signal that subtraction with the reference signal is to be started in subtraction unit E. The packets can be placed in predefined time slots of transmitting network elements.

Om det retumerade paketet ej finner en tillåten tidslucka stör det trafiken och går förlorat. Detta problem kan uppstå med variabelt antal genomlöpta nätelement.If the returned package does not find a permitted time slot, it disrupts traffic and is lost. This problem can occur with variable number of network elements traversed.

Problemet med att undvika kollision med returtrafiken vid olika placeringar av en 10 15 20 25 30 35 518 205 5 switch B kan lösas enligt (5. 1.1) med lämplig management, förutsatt att länklängder och fördröjningar är kända.The problem of avoiding collision with the return traffic at different locations of a switch B can be solved according to (5. 1.1) with appropriate management, provided that link lengths and delays are known.

Principer Fig. 1 visar principen för att mäta QoS hos retumerad signal i en optisk kanal hos den dubbelriktade förbindelsen A-B-C. Testsignalen påförs vid kopplaren A, genomlöper ett antal nätelement, NE, och genom temporär inkoppling av en switch, B, i lämplig tidslucka returneras signalen till kopplaren C där en ny signal från kopplaren A möter för elektrisk detektion i detektorenheterna Ds respektive Dd.Principles Fig. 1 shows the principle for measuring the QoS of retouched signal in an optical channel of the bidirectional connection A-B-C. The test signal is applied to the switch A, passes through a number of mains elements, NE, and by temporarily connecting a switch, B, in a suitable time slot, the signal is returned to the switch C where a new signal from the switch A meets for electrical detection in the detector units Ds and Dd respectively.

Efter nivåutjämning i en justeringsenhet VA med variabel justering och subtraktion av signalema i subtraktionsenheten E registreras på utgången, Out, den resulterande skillnad vilken är grundläggande för kanalens QoS. Genom att förlägga signallasrar S, i ﬂera nätelement NE, kan degradationer lokaliseras inom kanalen.After level equalization in an adjustment unit VA with variable adjustment and subtraction of the signals in the subtraction unit E, the resulting difference is registered on the output, Out, which is fundamental for the channel QoS. By placing signal lasers S, in nät your network elements NE, degradations can be located within the channel.

I justeringsenheten VA utförs justering av variablerna amplitud och tid (jitterkorrektion) så att signalernas differens i förgreningsenheten G minimeras genom att signalen återkopplas från nämnda förgreningsenhet G till justeringsenheten VA. I en föredragen utföringsform innefattar justeringsenheten VA en dämpsats med variabel signalfördröjning. Nämnda fördröjning styrs så att pulsﬂankerna synkroniseras i subtraktionsenheten E.In the adjustment unit VA, adjustment of the variables amplitude and time (jitter correction) is performed so that the difference of the signals in the branch unit G is minimized by the signal being fed back from said branch unit G to the adjustment unit VA. In a preferred embodiment, the adjustment unit VA comprises an attenuator set with variable signal delay. Said delay is controlled so that the pulse anchors are synchronized in the subtraction unit E.

I en altemativ utföringsform sker tidsjusteringen genom att en signal från förgreningsenheten G får styra signalen i signallasern S.In an alternative embodiment, the time adjustment takes place by a signal from the branch unit G being allowed to control the signal in the signal laser S.

Utenheten Out innefattar medel för resultatlagring av QoS mätvärden för jämförelse mot referensvärlden och signalering till nätets managementsystem.The Out unit includes means for result storage of QoS measured values for comparison with the reference world and signaling to the network's management system.

Ovanstående princip fungerar på både ett enkanalsystem, vid vilket inget behov av utfiltrering av en speciell våglängd föreligger, samt på WDM-system då ett dylikt behov tillgodoses genom att en specifik våglängd som utgör en ”optisk kanal” skiljes ut via optisk filtrering. I en utföringsform utgörs kopplama A och C av 1:2-kopplare/splitter med företrädesvis asymmetrisk kopplingsgrad (10/90) i fallet enkanalsystem. I fallet gles WDM, CWDM utgörs nämnda kopplare företrädesvis av våglängdsselektiva kopplare. I fallet förtätad WDM, DWDM krävs noggrannare filtrering.The above principle works on both a single-channel system, in which there is no need for filtering out a special wavelength, and on WDM systems where such a need is met by separating a specific wavelength that constitutes an "optical channel" via optical filtering. In one embodiment, the couplers A and C consist of 1: 2 couplers / splitters with preferably an asymmetric coupling degree (10/90) in the case of a single-channel system. In the case of sparse WDM, CWDM, said couplers are preferably wavelength selective couplers. In the case of condensed WDM, DWDM requires more careful filtering.

I figur 2 är utritat filtreringselementet F 1 i den optiska signalvägen från kopplaren A till detektorn Ds respektive filtreringselementet F2 i den optiska signalvägen från kopplaren C till Detektom Dd.Figure 2 shows the filter element F 1 in the optical signal path from the coupler A to the detector Ds and the filter element F2 in the optical signal path from the coupler C to the detector Dd, respectively.

Altemativa utföringsformer innefattar att utfiltrera kanalen med testsignal på multiplexerad sektion med antingen linjära OADM (Optical Add/Drop Multiplexer) eller med AWG (Arrayed Waveguide Grating). Men filtrering kan också åstadkommas genom att lägga ett passbandfilter vid detektom av typen braggitter eller avstämbara akustooptiska filter. 518 205 6 I ytterligare alternativa utföringsformer utförs nämnda filtrering genom att anordna ett partiellt reﬂekterande (ca 10% för att ej störa trafiken) braggitter med cirkulator vid kopplaren A och vid kopplaren C, alternativt genom att anordna kopplaren A i en punkt före multiplexerad sektion i ett DE/MUX försett nätelement NE. 5 I en utföringsforrn åstadkommes in- resp urkoppling av switchen B via hårdvara i tex en router eller korskopplare vilken styrs mjukvarumässigt på grundval av signalens innehåll. Alternativt kan i den optiska kanalen en av de häri TDM- multiplexerade (Time Division Multiplexing) kanalerna avdelas att väsentligen användas för teständamål, och nämnda switch B är försedd med hårdvarustöd för 10 synkroniserad in- och urkoppling av testkanalen.Alternative embodiments include filtering out the channel with test signal on multiplexed section with either linear OADM (Optical Add / Drop Multiplexer) or with AWG (Arrayed Waveguide Grating). But filtering can also be accomplished by attaching a passband filter to the braggart type detector or tunable acousto-optic filters. In further alternative embodiments, said filtering is performed by arranging a partially re-reflecting (approx. 10% so as not to disturb the traffic) braggitter with circulator at the coupler A and at the coupler C, alternatively by arranging the coupler A at a point before multiplexed section in a DE / MUX equipped network element NE. In one embodiment, switching B is switched on or off via hardware in, for example, a router or cross-switch which is controlled in terms of software on the basis of the content of the signal. Alternatively, in the optical channel one of the TDM multiplexed (Time Division Multiplexing) channels herein may be divided to be used substantially for test purposes, and said switch B is provided with hardware support for synchronized connection and disconnection of the test channel.

Claims

1. 0 15 20 25 30 35 1. 5 1 8 2 Û 5 7 CLAIMS A method for measuring optical signal quality in wavelength-multiplexed communication channels, characterized by the following steps: transmission of a test signal through the channel whose optical signal quality is to be measured generation of a reference signal draining the transmitted test signal and bringing it together with said reference signal to substantially the same place conversion of test signal and reference signal detection of comparable signal sections in respective signals synchronization of the signals comparison between test signal and reference signal adjustment of the signal effects of the adapted test and reference signals emitting an external value representative of the channel's influence on the signal quality. A method according to claim 1, characterized in that the measurement is performed during ongoing traffic in said channels. A method according to claim 1 or 2, characterized in that the generation of a reference signal comprises that said reference signal is formed by laser light of a tunable wavelength. A method according to claim 1 or 2, characterized in that said conversion of test signal and reference signal consists of an optoelectric conversion. method according to claim 1 or 2, characterized in that said adaptation comprises bringing the signal effects of the test and reference signals to identical levels. A method according to claim 5, characterized in that the signal difference is fed back to control said signal effects, that the test signal is synchronized with transmitted signal in connection with the signal difference being determined. A method according to claim 1 or 2, wherein identification of a signal pulse takes place by placing the time and measurement signal in the same optical packet (IP packet in cases occurring), and that a detector (Dd) for transmitted signal identifies the packet and sends a sync signal to a subtraction unit (E) for subtraction with the reference signal to begin. A method according to claim 1 or 2, wherein said optical packets are located in predefined time slots of transmitting network elements. An apparatus for measuring optical signal quality in wavelength multiplexed communication channels, characterized by a first coupler (A) and a second coupler (C) at different locations along an optical communication channel and located at substantially the same physical location intended to tap a reference signal, partly substantially undistorted, partly affected by its transmission in said channel = test signal, and a first detector unit (Ds) and a second detector unit (Dd) each comprising their respective optoelectric converter intended for conversion of respective drained signals, said detector units further comprising on said converter the following a first detector and a second detector intended to synchronize the signals, and a power regulator intended to adjust the signal power of the non-transmitted signal so that said signal power corresponds to the transmitted signal power, furthermore a subtraction unit which subtracts the non-transmitted signal from the transmitted as well as an output unit showing an outside value. A device according to claim 9, characterized in that said first optical tapping unit is located on a first carrier for communication in one direction and said second optical tapping unit is located on a second fiber for communication in the opposite direction. A device according to claim 10, characterized in that transmission of the signal from the first fiber to the second takes place via a router. A device according to claim 10, characterized in that transmission of the signal from the first fiber to the second takes place via an optical switch (B) which is controlled via a router. A device according to claim 9, characterized by a feedback link intended to regulate said power regulator to the value which gives the smallest signal difference. A device according to claim 9, characterized in that the first detector is a jitter compensator or jitter extinguisher.