DE19848989A1 - Verfahren zur kanalweisen Einstellung von Sendesignalleistungen eines Wellenlängenmultiplex-Übertragungssystems - Google Patents

Abstract

Für eine exakte Pegel-Balance oder Signal-Rausch-Verhältnis-Balance von Empfangssignalen (E1 bis En) werden die zugehörigen Sendesignalleistungen (Ptx(i)) eingestellt. Wird der zulässige Dynamikbereich überschritten, erfolgt eine Kompression der einzelnen Sendesignalleistungen, wobei die Sendesignal-Summenleistung zumindest annähernd konstant gehalten wird.

Description

Optische Wellenlängenmultiplex-Übertragungssysteme weisen aufgrund der Wellenlängenabhängigkeit von optischen Verstär­ kern, Dämpfungen in den Übertragungsfasern und in passiven optischen Komponenten sowie durch nichtlineare Effekte wie Signalverkopplungen durch stimulierte Ramanstreuung im all­ gemeinen für die unterschiedlichen Signale bzw. Kanäle unter­ schiedliche Dämpfungswerte auf. Diese Effekte können sich bei einer optischen Übertragungsstrecke, die aus mehreren Streckenabschnitten mit mehreren Faserverstärkern besteht, addie­ ren. Als Folge hiervon werden auf der Empfangsseite die schwächeren optischen Signale vom optischen Empfänger nicht mehr fehlerfrei detektiert, weil deren Pegel zu klein sind oder weil deren optisches Signal-Rasch-Verhältnis (OSNR - Op­ tical Signal-to-Noise-Ratio) zu klein ist. Andererseits kann bei einem weniger gedämpften Signal der maximal zulässige Eingangspegel des optischen Empfängers überschritten werden.

Ein in bestehenden optischen Übertragungssystemen angewende­ tes Verfahren zum Ausgleichen der unterschiedlichen Pegel- oder OSNR-Werte besteht in einer entsprechenden Vorkompensa­ tion auf der Sendeseite, die sog. Preemphase. Hierbei wird die Pegel- oder OSNR-Verteilung der Kanäle/Signale auf der Empfangsseite mit Hilfe eines optischen Sektrumsanalysators gemessen und durch sendeseitige Anhebung des Pegels der am Empfänger stark gedämpft ankommenden Signale sowie durch ent­ sprechende Absenkung des Pegels der leistungsstärkeren Signa­ le dafür gesorgt, daß alle Empfangssignale auf der Empfangs­ seite die gleiche Leistung (Pegelbalance) oder das gleiche Signal-Rausch-Verhältnis (ONSR-Balance) haben. Die Anhebung bzw. Absenkung des Sendesignalpegels wird für jeden Kanal bzw. jedes Sendesignal meist so gewählt, daß die Sendesignal- Summenleistung (Summe der Leistungen aller Sendesignale bzw.

des Summensignals) am Anfang der optischen Strecke unverän­ dert bleibt, bzw. einen Maximalwert nicht überschreitet.

Geeignete Algorithmen für die Pegel- und OSNR-Balance sind in dem Beitrag Equalisation in Amplified WDM Lightwave Transmis­ sion Systems in IEEE Photonics. Technologie Letters, Vol. 4, No. 8, August 1992, Seite 920 bis 922 beschrieben.

Bei Anwendung eines exakt durchgeführten Pegel- oder OSNR- Ausgleichs können jedoch folgende Nachteile auftreten: Eine vollständige Pegel-Balance für die Empfangsseite kann wegen der Wellenlängenabhängigkeit der Streckendämpfung auf der Sendeseite eine zu hohe Pegeldynamik, d. h. einen zu großen Quotienten zwischen maximaler und minimaler Kanalleistung, hervorrufen. Dann besteht die Gefahr, daß Signale mit angeho­ benem Sendepegel durch nichtlineare Effekte der Faser ver­ zerrt werden und/oder Sendesignale mit stark abgesenktem Pe­ gel bereits die minimale Eingangsleistung eines optischen Verstärkers unterschreiten, so daß erhebliche Signalverzer­ rung durch Rauschen die Folge sind.

Auch eine vollständige OSNR-Balance für die Empfangsseite kann auf der Sendeseite eine zu hohe Pegeldynamik bewirken.

Zusätzlich besteht die Gefahr, daß der zulässige Eingangspe­ gelbereich eines oder mehrerer der angeschlossenen optischen Empfänger über- oder unterschritten wird.

Aufgabe der Erfindung ist es daher, Verfahren zur kanalweisen Einstellung von Sendesignalleistungen anzugeben, bei denen der sendeseitige Dynamikbereich eingehalten wird. Ein erwei­ tertes Verfahren berücksichtigt auch den empfangsseitigen Dy­ namikbereich bei einer exakten OSNR-Balance.

Die Aufgabe wird durch Verfahren gelöst, die in den unabhän­ gigen Ansprüchen 1 und 4 angegeben sind.

Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Un­ teransprüchen angegeben.

Im allgemeinen ist auf der Empfangsseite keine exakte Pegel- Balance erforderlich, da die angeschlossenen optischen Emp­ fänger einen beträchtlichen Pegel-Dynamikbereich aufweisen, in dem sie optimal arbeiten. Ebenso ist keine exakte OSNR- Balance erforderlich, wenn entsprechende Systemreserven vor­ handen sind. In diesem Fall ist ein Verfahren optimal, das lediglich den Dynamikbereich der Sendesignale berücksichtigt. Da im allgemeinen die Systeme mit einer optimalen bzw. maxi­ mal zulässigen Summenleistung arbeiten, ist es vorteilhaft, wenn diese bei einer etwa erforderlichen Komprimierung der einzelnen Sendesignalleistungen konstant bleibt.

Bei einer OSNR-Balance muß jedoch auch empfangsseitig der zu­ lässige Dynamikbereich überprüft werden. Im Bedarfsfall er­ folgt eine Anpassung der der Empfangssignal-Leistungen durch Kompression. Diese erfolgt wiederum durch Änderung der Lei­ stung der einzelnen Sendesignale. Auch hier muß die Einhal­ tung des sendeseitigen Dynamikbereichs nochmals überprüft und gegebenenfalls geändert werden.

Die Erfindung wird anhand eines Ausführungsbeispiels näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 ein Ausführungsbeispiel einer WDM- Übertragungseinrichtung mit Dynamikkompression,

Fig. 2 ein Ablaufdiagramm zur sendeseitigen Dynamikkompres­ sion und

Fig. 3 ein Ablaufdiagramm zur empfangsseitigen Dynamikkom­ pression.

Fig. 1 zeigt das Prinzipschaltbild einer WDM- Übertragungseinrichtung. In einem Sendeterminal TT sind meh­ rere optische Sender TX1 bis TXn zum Übertragen von Daten über unterschiedlichen Wellenlängen zugeordneten Kanälen vor­ gesehen. Die entsprechenden Sendesignale S1 bis Sn werden über einstellbare optische Dämpfungsglieder VOA1 bis VOAn ge­ führt und von einem Multiplexer M zu einem Wellenlängen- Multiplexsignal WMS zusammengefaßt. Dieses Signal wird in ei­ ne optische Faser F eingespeist und über verschiedene Streckenabschnitte SA1, SA2 zu einem Empfangsterminal RT übertra­ gen. Um die Dämpfung durch die optische Faser auszugleichen sind verschiedene optische Verstärker V vorgesehen. Im Emp­ fangsterminal RT wird das Wellenlängen-Multiplexsignal in ei­ nem Demultiplexer D in einzelne Empfangssignale E1 bis En zerlegt, die jeweils einem optischen Empfänger RX1 bis RXn zugeführt werden.

Das Wellenlängenmultiplexsignal wird empfangsseitig durch ei­ nen Koppler K, der dem Demultiplexer vorgeschaltet ist, auf­ gesplittet und einem optischen Spektrumanalysator OSA zuge­ führt. Die von diesem gemessene Pegel- und OSNR-Werte werden - bei­ spielsweise über einen gesonderten Steuerkanal OSC (Optical Supervisory Channel) - an ein Preemphase-Steuergerät MD im Sendeterminal geführt. Dieses besteht aus einer Rechen­ einrichtung CU und einer Einstelleinrichtung SD, die die Sen­ depegel der einzelnen Sendesignale einstellt, beispielsweise durch Steuerung der Ausgangsleistung der optischen Sender oder hier durch Einstellen der Dämpfungsglieder. Die Rechen­ einheit kann ebenso auf der Empfangsseite vorgesehen sein.

Zunächst wird der Fall betrachtet, daß nur eine Einstellung des sendeseitigen Dynamikbereichs anhand des Ablaufdiagramms Fig. 2 erfolgt. Die einzelnen Sendeleistungen und Empfangs­ leistungen bzw. Sendeleistungen und die empfangsseitigen Si­ gnal-Rauschen-Abstände, kurz die Dämpfungen der einzelnen Ka­ näle oder die OSNR-Güte (Rauschabstand/Sendeleistung) müssen in der Regel durch Messungen bekannt sein.

Als erstes erfolgt dann eine Berechnung der sendeseitigen Leistungsverteilung (Pegelverteilung) für eine exakte Pegel- oder OSNR-Balance auf der Empfangsseite, bei der von den vor­ stehen aufgeführten Übertragungseigenschaften der einzelnen Kanäle ausgegangen wird.

Anschließend kann die Dynamikkompression gestartet werden. In einem ersten Schritt wird ermittelt, wie groß die sendeseiti­ ge Pegeldynamik Dtx ist. Diese entspricht den Quotienten aus größtem Pegel Ptx_max und kleinstem Pegel Ptx_min der Sende­ signale, wobei unter Pegel hier die Leistung in einem linea­ ren Maßstab verstanden wird, beispielsweise in Milliwatt.

F1) Dtx = größter Pegel aus Ptx(i)/kleinster Pegel aus Ptx(i) i = 1, 2, . . . n - Sendesignal.

Anschließend erfolgt die Überprüfung, ob der festgestellte Dynamikbereich Dtx größer als der zulässige Dynamikbereich Dtx_max ist. Ist dies nicht der Fall, erfolgt keine Dynamik­ kompression. Wenn dies jedoch der Fall ist, erfolgt in den nächsten Rechenschritt die Berechnung der Abweichung, des Offsets, der einzelnen Signalleistungen vom Mittelwert Ptx_mean, der aus der optimalen oder maximal zulässigen Sen­ deleistung des sendeseitigen Wellenlängen-Multiplexsignal di­ vidiert durch die Anzahl der Signale ermittelt wurde.

F2) deltaP_tx(i) := Ptx(i) - Ptx_mean.

Im folgenden Rechenschritt wird der absolute maximale und mi­ nimale Offset, d. h. der Offset des stärksten und schwächsten Sendesignals ermittelt.

F3) deltaPtx_max := max(deltaPtx(i)) deltaPtx_min := min(deltaPtx(i)).

Danach erfolgt die Berechnung des Kompressionsfaktors

F4) compfact_tx := Ptx_mean.(Dtx_max - 1)/­ (deltaPtx_max - Dtx_max.deltaPtx_min).

Dieser wird zur Berechnung der komprimierten Pegel entspre­ chend

F5) deltaPtx(i) := deltaPtx(i).compfact_tx Ptx(i) := Ptx_mean + deltaP_tx(i)

verwendet.

Hiermit ist die Dynamikkompression fertig berechnet und es kann die Einstellung der neu berechneten komprimierten Sende­ pegel Ptx(i) der Sendesignale S1 bis Sn erfolgen.

Wenn die einzelnen Empfangssignale E1 bis En dasselbe Signal- Rausch-Verhältnis aufweisen sollen, also von einer OSNR- Balance ausgegangen wird, kann in einem erweiterten Verfahren nach Fig. 3 zusätzlich eine empfangsseitige Dynamikkompressi­ on durchgeführt werden. Voraussetzung für das Kompressions­ verfahren ist wieder, daß die Übertragungseigenschaften für jeden Kanal bekannt sind.

Hierdurch wird die Berechnung der sendeseitigen Pegel für die einzelnen Sendesignale, die Pegelverteilung, für eine OSNR- Balance möglich.

Die empfangsseitige Dynamikkompression beginnt mit der Be­ stimmung der empfangsseitigen Dynamik Drx.

F7) Drx:= größter Pegel aus Prx(i)/kleinster Pegel aus Prx(i) i = 1, 2, . . ., n - Empfangssignal.

Es folgt die Überprüfung, ob die zulässige empfangsseitige Dynamik Drx überschritten ist. Falls nein, ist eine empfangs­ seitige Dynamikkompression nicht erforderlich und die errech­ neten Signalpegel können sendeseitig eingestellt werden. Im allgemeinen ist noch eine Überprüfung der zulässigen sende­ seitigen Dynamik erforderlich.

Ist dagegen die zulässige empfangsseitige Dynamik Drx über­ schritten, so werden zunächst die Abweichungen, die Offsets, der empfangsseitigen Kanalleistungen Ptx(i) vom Mittelwert Ptx_mean bestimmt:

F7) deltaP_rx(i) := P_rx(i) - P_rx_mean

und die maximalen und minimalen Offsets ermittelt:

F8) deltaP_rx_max := max(deltaP_rx(i)) deltaP_rxmin := min(deltaP_rx(i)).

Anschließend wird empfangsseitiger Kompressionsfaktor berech­ net:

F9) compfact_rx := Prx_mean.(Drx_max - 1)­ /(deltaPrx_max - Drx_max.deltaPrx_min.

Hieraus erfolgt die Ermittlung der komprimierten Empfangspe­ gel

F10) Prx(i) := Prx_mean.deltaPrx(i).compfact_rx.

Mit Hilfe der bereits ermittelten kanalindividuellen Streckendämpfung Atten(i) können aus den komprimierten Empfangspe­ geln die zugehörigen Sendepegel ermittelt werden

F11) Ptx_neu(i) = Prx(i).Atten(i).

Es kann erforderlich sein, die Sendesignalleistungen zu ver­ ringern, falls die zulässige Summenleistung überschritten ist, oder es ist sinnvoll, die Sendesignalleistungen zu erhö­ hen, um die Übertragungseigenschaften zu verbessern. Beides erfolgt durch eine sendeseitige Pegelanpassung.

Es wird hierzu ein neuer sendeseitiger Mittelwert berechnet werden:

F12) Ptx_mean_neu = Summe (Ptx_neu(i)/Kanalzahl).

Hieraus wird ein sendeseitiger Korrekturfaktor bestimmt;

F13) corfact_tx = Ptx_mean/Ptx_mean_neu.

Es folgt die Berechnung der neuen Sendepegel:

F14) Ptx(i) = Ptx_neu(i).corfact_tx.

Hiermit ist die Dynamikkompression beendet und es erfolgt die Einstellung der neu errechneten Sendepegel.

Bei der Dynamikkompression müssen natürlich Signalausfälle berücksichtigt werden. Die Zeitkonstanten des Regelkreises werden an die Erfordernisse angepaßt.

Claims (7)

1. Verfahren zur kanalindividuellen Einstellung von Sendesi­ gnalleistungen eines Wellenlängenmultiplex- Übertragungssystems,
bei dem die Übertragungseigenschaften für jeden Übertragungs­ kanal ermittelt werden und
für gleiche Signalleistungen oder gleiche Signal-Rausch- Verhältnisse der einzelnen Empfangssignale (E1 bis En) die Signalleistungen der zugehörigen Sendesignale (S1 bis Sn) ka­ nalindividuell ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß bei Überschreitung des sendeseitig zulässigen Dynamikbe­ reichs (Drx_max). die individuellen Leistungsabweichungen (delta Ptx(i), i = 1, 2, . . .n) der Sendesignale (S1 bis Sn) von einer mittleren Sendesignalleistung (Ptx_mean) ermittelt werden und derart verringert werden, daß der zulässige Dyna­ mikbereich eingehalten wird, und
daß die neu ermittelten komprimierten Sendesignalleistungen eingestellt werden.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, die individuellen Leistungsabweichungen der Sendesignale (S1 bis Sn) mit einem für alle Sendesignale (S1 bis Sn) gleichen Empfangs-Kompressionsfaktor (compfact_tx) derart verringert werden, daß der zulässige Dynamikbereich eingehalten wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die insgesamt zulässige Sendesignal-Summenleistung aller Sendesignale (S1 bis Sn) zumindest annähernd konstant gehal­ ten wird.

4. Verfahren zur kanalindividuellen Einstellung von Sendesi­ gnalleistungen eines Wellenlängenmultiplex- Übertragungssystems,
bei dem die Übertragungseigenschaften für jeden Übertragungs­ kanal ermittelt werden und
für gleiche Signal-Rausch-Verhältnisse der einzelnen Emp­ fangssignale (E1 bis En) die Leistungen (Ptx(i)) der zugehö­ rigen Sendesignale (S1 bis Sn) kanalindividuell ermittelt werden, dadurch gekennzeichnet,
daß bei einer Überschreitung des empfangsseitig zulässigen Dynamikbereichs (Drx_max) die individuellen Leistungsabwei­ chungen (deltaPrx(i), i = 1, 2, . . . n) der Empfangssignale (E1 bis En) von einer mittleren Empfangsleistung (Ptx_mean) er­ mittelt werden und derart verringert werden, daß der emp­ fangsseitig zulässige Dynamikbereich eingehalten wird,
daß die erforderlichen Sendesignalleistungen (Ptx_neu(i)) neu berechnet werden,
daß gegebenenfalls mit Hilfe eines zu berechnenden Sende- Korrekturfaktors (corfact_tx) eine sendeseitige Leistungskor­ rektur durchgeführt wird
und daß die neu ermittelten komprimierten Sendesignalleistun­ gen eingestellt werden.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß die individuellen Leistungsabweichungen der Empfangs­ signale (E1 bis En) mit einem für alle Empfangssignale (E1 bis En) gleichen Kompressionsfaktor (compfact_rx) derart ver­ ringert werden, daß der empfangsseitig zulässige Dynamikbe­ reich eingehalten wird.

6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Empfangssignal-Summenleistung aller Empfangssignale (E1 bis En) und/oder die Sendesignal-Summenleistung aller Sendesignale (S1 bis Sn) zumindest annähernd konstant gehal­ ten wird.

7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, ein neuer sendeseitiger Pegelmittelwert (Ptx_mean_neu) ermit­ telt wird, daß aus dem Verhältnis von altem Pegelmittelwert (Ptx_mean) zu neuen Pegelmittelwert (Ptx_mean_neu) ein Kor­ rekturfaktor (corfact_tx) ermittelt wird und daß die indivi­ duellen Signalleistungen (Ptx(i)) der Sendesignale (S1 bis Sn) mit diesem für alle Sendesignale (S1 bis Sn) gleichen Korrekturfaktor (corfact_tx) derart geändert werden, daß die insgesamt zulässige Sendesignal-Summenleistung aller Sendesi­ gnale (S1 bis Sn) zumindest annähernd konstant gehalten wird.