HÍReq - 07/2012 WDM-AWARE technológia

Kolozs Csaba - EQUICOM Kft. • WDM-AWARE technológia: a csatornánkénti- és optimalizált OSNR mérések alapja

Ami a vizsgálati követelményeket és a hagyományos méréseket illeti, az optikai jel-zaj arány (OSNR) továbbra is szükséges, sőt jobban, mint valaha. Azonban széles körben elfogadottá vált, hogy ha alkalmazzuk a következő generációs hálózatokon, akkor a hagyományos IEC által ajánlott OSNR mérési technikák nem biztosítják a kívánt pontosságot. Mivel ezek az új generációs hálózatok ROADM berendezéseket- és/vagy 40G polarizáció nélküli multiplex jeleket használnak, ezért a hagyományos OSNR mérési módszer túl- vagy alulbecsüli a mért értéket, vagyis emiatt az ilyen hálózatok használatát komolyan igényli a sávon belüli (továbbiakban In-Band) OSNR méréseket. Sőt, a következő generációs hálózatok gyakran kombinálják a különböző techno- lógiákat (magas adatátviteli sebességek, ROADM-ek, polarizációs multiplexerek, stb.), amelyek befo-lyásolhatnak bizonyos hullámhosszakat, de másokat nem, és ebben az esetben magát az OSNR mérést kell optimalizálni csatornánkénti alapon. Ebben a cikkben először az összetett rendszerekre és az általuk jelentett ONSR mérési kihívásokra adunk példát. Ezután bemutatjuk a WDM-AWARE techno-lógiát, amely tisztán biztosítja a szakértői szintű, automatizált OSNR méréseket optimalizáltan hullámhossz alapon. Végül összegezzük egy össze- hasonlítás alapján, hogy a WDM-AWARE (WDM tudatos) megközelítés hogyan viszonyul a polarizációs nullázási technikával szemben, amikor OSNR méré- seket kell elvégezni.

Példák a komplex WDM hálózatokra Az 1. ábra azt jelzi, hogy a 10G jelek hogyan követték egymást más utakon: a C_002, C_004 és C_005 csator- nák több ROADM kimeneten mentek keresztül, míg a C_003 csatorna csak áthaladt egyetlen ROADM-en. Fel lehet ismerni a tipikus hatását a kaszkádolt (sorba kötött) ROADM 2, 4 és 5 csatornákon, mivel azoknak „válluk” lett a csatorna mindkét oldalán.

WDM-AWARE technológia: a csatornánkénti- és optimalizált OSNR mérések alapja

1. ábra: 10G jelek WDM spektruma szűrt és szűretlen ROADM hatásokkal

2 EQUICOM Méréstechnikai Kft. • © 2012 Minden jog fenntartva • www.equicom.hu

40G jelzés esetén (39-es csatorna), míg mind az IEC és In-Band módszerek tökéletesen használha-tók 10G csatornákra, amikor nincs szomszédos 40G csatorna, mint például a 37-es csatornánál.

Egy utolsó példa a komplex rendszerekre, ahol az egyes csatornák mentén keresztül különféle hatások keletkeznek (PMD, zaj szelet, áthallás, stb.) Az 5. ábra két 10 Gbit/s jelet mutat (C_001 és C_003), mely mindkét oldalán egy 40 Gbit/s jel van (C_002).

A részletes elemzés feltárta, hogy a C_002 csatornánál során észlelt hatás a PMD volt, valamint az áthallási probléma a szomszédos 10G jelektől. Ebben az esetben a felhasználó számára a beállí-táshoz szükséges néhány fontos paraméter az optikai spektrum analizátorban (szkennelések száma, csatornaterv, stb.), hogy egy megbízható OSNR ér-

téket kapjon, amelyhez gyakran komoly tudás szük- séges a száloptikai hálózat konfigurációja és topo- lógiája mellett. A 6. ábra azt mutatja, hogy a különbség az IEC és az In-Band módszer között a C_002 csa-torna esetén -9,36 dB különbséget jelent, ami egy óriási érték. Az In-Band módszerre egyértelműen szükség van a megfelelő OSNR elemzésénél.

Ennek megfelelően, szükségessé válik, hogy ele- mezzék a 2, 4 és 5 csatornák OSNR értéket In-Band módszerrel, míg az IEC és az In-Band módszerek jól működnek a 3. csatorna esetében, ahogy a 2. ábrán látható.

Egy másik érdekes eset, hogy egyre több és több különféle párhuzamos adatátvitel terjed ugyan-azon a szálon, ahogy azt a 3. ábra mutatja.

Ha ránézünk az OSNR értékekre (4. ábra), lát-ható, hogy az In-Band OSNR elvet kell használni a

2. ábra: IEC és In-band OSNR értékek 10G jelek esetén ROADM-mel és nélküle

5. ábra: Példa egy 40G jelzésre PMD és áthallás zajjal

6. ábra: IEC és OSNR értékek csatornákra áthallással és PMD effektussal

3. ábra: Kevert 10G jelek WDM spektruma (36, 37, 38 és 40 csatornák) és 40G jelzés együtt (39 csatorna)

4. ábra: IEC és In-band OSNR értékek kevert 10G és 40G jelzésekhez


talmaz egy polarizáció vezérlőt, egy polarizációs osztót és egy kétcsatornás szkennelésű monokro-mátort (pl. egy OSA), amint azt a 7. ábrán láthat-juk (megjegyzendő, hogy a képről a detektálási és jel feldolgozási részek, valamint a kijelző elektro-nikák az egyszerűség kedvéért kimaradtak).

Ez egy innovatív módszer, ami egy fejlett analí-zisen alapszik, a jelzés és zaj közötti különbségeket veszi figyelembe, nevezetesen polarizációs és spektrális karakterisztika elvén lehetőséget nyújt, hogy az EXFO FTB-5240S-P optikai spektrum anali-zátorral (OSA) megfelelő zajméréseket végezzünk a csatornán belül anélkül, hogy kikapcsoljuk az adó berendezést. Ehhez szükséges, hogy a spektrum analizátor két utas monokromátort használjon, aminek a következtében két részre bontja a polari- zált jeleket, vagyis részben szétválasztja a jelzést és a zajt egymástól a további analizáláshoz.

Ennek a megoldásnak további óriási előnye, hogy sokkal jobb válasz jelformát tudunk elérni, mivel kétszer halad át a jel a diffrakciós rácson és ezáltal javítjuk a szűrési effektus élességét és a hatékonyságot, megnövelve így a dinamika tarto- mányt és az optikai elnyomási tényező (ORR) érté- két (lásd a 8. ábrán).

Ezzel közelíteni tudunk az ideálisnak nevezhető keskeny és magas téglalap jelalakhoz, amelynek

Amint látjuk az előző példákat, az egyes hullám- hosszak karakterisztikája egyre inkább egyedi, amint egy következő generációs hálózati telepítés kezdő- dik. Ez pedig megköveteli az OSNR mérés optima- lizálását egyéni, csatornánkénti alapon is a vizsgá- latok során.

WDM-AWARE technológia: OSNR mérés optimalizálása hullámhosszanként

Amint az előző példákból látjuk, az üvegszálas hálózati konfiguráció (adatátviteli sebesség, ROADM vagy sem, PMD vagy sem, stb.) használatához szük- séges megfelelően beállítani az OSA műszerünket annak érdekében, hogy egy nagyon megbízhtó In-Band OSNR mérést tudjunk megvalósítani. Az EXFO egyedülálló WDM-AWARE technológia beveze- tésével, a szakértői tudást beletette a dobozba úgy, hogy bárhova megyünk is, akkor visszük magunk-kal a szakértőt is.

A WDM-AWARE technológia az OSNR elemzéséhez a bejövő jel tulajdonságait megállapítja, hogy semmilyen külső tényező sem befolyásolja a zaj precíz kimérését, mint például az alábbi paramé-terek jelenléte:• PMD• Áthallás a szomszédos csatornákból• Polarizációs multiplexálás• Polarizációs összegzés/kódolás• ROADMEzután automatikusan optimalizálja az OSA analí-zisét, és amennyiben e tényezők befolyásolják, akkor a mérés figyelembe veszi, és az optimális eredmény áll majd a rendelkezésünkre, mintha egy szakértő végezte volna el, így biztosítva az OSNR pontos kimérését anélkül, hogy a felhasználó részletesen ismerné a jel csatlakozás mögötti optikai hálózatot. Az automatikus WDM-AWARE beállítások ennek következtében megkönnyítik a WDM hálózat tesztelését és csökkenthetik az OSA képzést, illetve időt szabadít fel más feladatokhoz.

A WDM-AWARE belső megközelítése

A WDM-AWARE megközelítés azon az egyébként reális feltételezésen alapszik, hogy a fény jelzése a vizsgálat alatt rendkívül polarizált, a ráhelyezett zaj viszont nem polarizált. A mérési beállítás tar-

7. ábra: WDM-aware mérési beállítás

8. ábra: Válasz jelforma egy- és két utas monokromátorral


vizsgálja, sőt akár még lejjebb a zajszintig, amely teljesítményben komolyan hozzájárul a polarizáció felbontási optikai spektrum módszerhez. Ugyanis a jel kiértékelése közben minden teljesítményt integrál a sávszélesség felbontásának változtatá-sával, mivel elképzelhető, hogy a polarizáció megkülönböztetés során (pl. polarizációs nullázási módszernél ez a helyzet) a jel egy része a zajalaban található vagy épp fordítva. Ezzel a módszerrel az eredeti zajra ráültetett jelalak pontos alakját kapjuk eredményül, azaz a csúcsteljesítményt (peak) precízen az eredeti állapotban kapjuk vissza, ami a berendezés- és hálózat üzemeltető számára szintén nagyon fontos paraméter (lásd a 11. ábrán a külön- böző jelformákat). Ezzel a módszerrel lesz 100%-os az eredeti jelalak visszaállítása.

Ahogy a neve is mutatja, egy WDM-AWARE OSA mérés azt jelenti, hogy a készülék teljesen tisztá-ban van minden hullámhossz tartalmával és annak előzményeivel (egy komoly adatkezelés alapján), és képes az analizálási algoritmus finomhangolására akár csatornánkénti alapon, vagyis figyeli, hogy minden egyes DWDM jelen belüli elemzési folya-mata megtörtént, és minden csatorna az optimális algoritmus alapján kerül analizálásra attól függően, hogy mi a csatorna tartalma.

A fő előnye a WDM-AWARE megközelítésnek, hogy az In-Band OSNR mérés optimalizált és csatornán-kénti alapon történik. Ez azt tette lehetővé, hogy a mérési idő sokkal gyorsabb összehasonlítva más

az a lényege, hogy kis felbontási sávszélességhez (RBW) magas ORR érték tartozzon, vagyis a sávszűrő karakterisz- tikája nagyon meredek legyen, hogy a kis csatorna- közzel rendelkező sokcsatornás 50GHz, 33GHz, vagy akár 25GHz és 12.5GHz-es rendszerekhez is használ-hassuk az optikai spektrum analizátort.

Az EXFO nem polarizációs nullázási módszert használ, ahol az egyik ortogonális jelzést detektálja az OSA és azt kinullázza, hanem a polarizáció fel-bontásos optikai spektrumnál elegendő pár dB kü-lönbség, ami sokkal hatékonyabban és gyorsabban teszi lehetővé a mérést, mint a teljes nullázási módszer. A detektált spektrum minden egyes OSA csatornán magába foglalja a különböző jelszinteket, de hasonlóan átfogó zaj tartalommal, ami aztán kivonódik egymásból. A két zaj tartalom egyforma és ennél fogva eltűnik a két jel kivonása után, melynek eredményeképpen megkapjuk a spektrum különbséget, ami csak a polarizált jelekkel áll arányban (lásd a 9. ábra folyamatát).

Ettől a ponttól gyakorlatilag egy belső számí-tógép matematikai úton elvégzi a pontos jelalak csúcs értékét, valamint a zajszint felső pontját, melyből könnyedén megkapjuk a valós „In-Band” OSNR értéket (lásd a 10. ábra számításait).

Ebben az esetben az OSA nem csupán elvégzi a jel mérését, hanem a jelalak fel- és lefutását is

9. ábra: A WDM-AWARE megközelítés felbontja a jelet anélkül, hogy bármelyik ágon nullázni kellene

11. ábra: A teljes teljesítményt integrálja a sávszélesség felbontásának változtatásával, összehasonlítja a jelalakon (világoskék) és beépíti a zaj alakba (piros)

10. ábra: A jelalak csúcsértékének és a valós „In-Band” zajszint meghatározási képletei


In-Band OSNR módszerekkel, mint pl. a polarizációs nullázás technika. Ahhoz, hogy tovább vizsgálhassuk ezt az állítást, induljunk el a következő bekezdésben polarizáció nullázás megismerésével, és hasonlítsuk össze az ismételhetőséget és pontosságot mindkét módszerrel.

Polarizációs nullázási módszer OSNR méréshezA polarizációs nullázási módszer ugyanazt a beállítást használja, mint a WDM-AWARE megközelítés. Ez magában foglalja a polarizációvezérlő kiigazítását annak érdekében, hogy a két jel a lehető legnagyobb mértékben oltsa ki egymást, így maradna meg az egyik jel a 2 ágon. Az ilyen kiigazítás akkor jelentkezik, ha a polarizációs osztó két kimenetének egyike (mint egy aktív polarizátor) merőlegesen igazodik a figyelembe vett (polarizált) jellel. Ha ez megvalósul, az adott ágon és az adott hullámhosszon csak a fény éri el a detektort, ami megfelelő a zaj teljesítményé- nek a felével (mivel a zajt feltételezzük, hogy az nem polarizált, és ezzel arányban felosztjuk a két ág között.) Ez biztosítja a mért zajszintet, és mivel az OSA is méri a teljes teljesítményt (zaj+jel), az OSNR értéket az adott hullámhosszon képes majd kiszámítani.

Ahhoz, hogy a polarizációs nullázás elfogadható mérést készítsen, a mért DWDM csatornáknak és magának az OSA-nak meg kell felelnie a következő feltételeknek:• A polarizációs módus diszperzió (PMD) a teljes

szakaszon legyen nagyon szerény, lehetőleg közel nulla. PMD részben depolarizálja a jelet az OSA felbontási sávszélességén (RBW) belül, így a teljes nullázási procedúra lehetetlenné válik. A gyakorlatban van némi PMD tolerancia, különösen, ha az OSNR érték, amit mérünk, nem kiugróan magas (pl.: <20 dB) és az OSA RBW nagyon keskeny érték. Ugyanakkor végső soron mindenféleképpen korlátozza a maximá-lisan elérhető OSNR értékeket.

• A polarizációs optikának az OSA-ban, különösen a polarizációs splitternek egy nagyon magas kioltási arányt kellene biztosítania, hiszen a maximálisan mérhető OSNR közvetlenül függ a kioltási aránytól. Általában ez a határ csak 30 dB.

• A polarizáció vezérlőnek az OSA-ban képesnek kellene lenni gyorsan feltérképezni minden külön-böző hullámhosszat a DWDM csatornán belül, ennek feltétele, hogy a polarizációs állapot

(SOP) megfelel a legnagyobb kioltási aránynak. Azonban nagyobb OSNR értékeknél, mint 20 dB ez nagyon időigényes (azaz hosszú kiértékelési idő), sőt, esetleg gyakorlatilag nem is képes pontosan mérni. Ez súlyosbítja, ha több DWDM csatornát kell jellemeznie egyszerre, például 16 vagy több csatornát, kiterjesztve a C-sávot.

Mik az előnyei a WDM-AWARE megközelítésnek OSNR méréshez a Polarizációs nullázással szembenMivel a teljes kioltási polarizációs folyamat nem szük-séges, a WDM-AWARE megközelítés sokkal megbízha-tóbb, mint a polarizációs nullázási módszer, mivel:• Ez nem olyan érzékeny a PMD-re a nullázással

szemben, amely egy teljesen polarizált jelet feltételez.

• Nem határolja be a polarizáció-kioltási arány, és így sok OSNR értéket sokkal pontosabban lehet mérni, vagy azzal egyenértékű módon egy adott OSNR érzékenységre a mérés sokkal gyorsabban elvégezhető.

• Ez sokkal gyorsabb kiértékelést tesz lehetővé a számunkra akár pár decibeles teljesítmény különbséggel, mint egy jel teljes nullázási fo-lyamata, különösen a többszörös hullámhosszú átvitel esetén (pl.: DWDM).

A 12. ábra OSNR méréseket mutat 40G jelek segít- ségével a két különböző módszerrel: nullázási polari- záció és a WDM-AWARE. Ez adja meg az OSNR bizony- talanság függvényében OSNR értéket. Az ábrázolt bizonytalanság tartalmazza mindkét szisztematikus ofszetet a várható értékről (egy gondosan előre kalibrált teszt felület alapján), valamint egy vélet- len mérési bizonytalanságot (hagyományos szórás).

Ahogy várható volt a tesztelés során, a WDM-AWARE továbbra is rendkívül pontos nagy OSNR értéket

12. ábra: OSNR bizonytalanság vs. OSNR érték különböző mérési technológiákhoz


adó eseményekre és sokkal gyorsabb mérési munkát tesz lehetővé. Az In-Band OSNR mérés szintén fontos, ha ROADM-ek vannak jelen a fényforrás útjában. A 13. ábra az OSNR eredményeit mutatja 40G hálózati szimuláció esetén, amelyben jelek haladtak a szűrőkön (pl.: ROADM) keresztül, össze- hasonlítva a kapott értékeket a WDM-AWARE és polarizációs nullázási folyamattal. Az ábra az OSNR ismételhetőséget mutatja az átlagos érték függ-vényében, mint egy funkciója az OSNR értéknek. Jobban specifikálva, azonos feltételek mellett mértünk OSNR szórást 5 ismétléssel 10 perces méré- seket és 10 ismétléssel 2 perces méréseket.

Azt világosan látjuk, hogy minél magasabb az OSNR értéke, annál nagyobb a bizonytalanság, külö- nösen a polarizáció nullázás esetén. Megjegyezzük, hogy a jelentős OSNR polarizációs nullázása tovább korlátozza a kioltási arányát a polarizátornak, ráadá- sul egy >5 dB ofszet ismételhetőség általában bele- kerül, ami hozzáadódik ehhez. Ismét a WDM-AWARE megközelítés biztosít sokkal jobb pontosságot szűrt jeleknél, mint például azon jelek esetében, ame-lyek ROADM-eken közvetlenül áthaladnak, sokkal rövidebb idő alatt.

Összegzés és következtetés

A hálózatok egyre inkább bonyolultabbak a jelzés oldaláról, mind a kaszkádolt szűrés (pl.: ROADM-es szövevényes hálózatok), valamint a több bit/szimbó- lum modulációs formátum. Például a belső csatorna- zajok egyre inkább spektrálisan szeletelt szűrők, a jel sávszélessége gyakran lehet olyan nagy, mint a hatékony csatornák szélessége, és a különböző adatátviteli sebesség is alkalmazható egy adott hálózaton. Mindezen tényezők másképp befolyá-

solják a hullámhosszakat, mint azon néhány más hullámhossz, ami lehet, hogy csupán áthalad különböző számú ROADM berendezésen, az adat-sebesség egyetlen optikai szálon is változhat egy hullámhosszról a másikra, stb. Mindazonáltal az OSNR továbbra is egyik legkritikusabb hálózati telje- sítmény paraméter, amely emiatt előírja nekünk az OSNR méréseket, amit érdemes optimalizálva és csatornánként vizsgálni, amiben segítségünkre lehet a WDM-AWARE technika. Tisztán polarizációs alapú OSNR mérési technikák (pl.: nullázás) is jól teljesítenek, ha a hálózat és a zajforrás továbbra is egyszerű, de ahogy azt fentebb bemutattuk, a WDM-AWARE robusztusságának és teljesítményének tudatában alkalmassá teszi a fejlett hálózati archi- tektúrák és modulációs formátumok mérésére.

Kérjük kérdéseivel, észrevételeivel forduljon bizalommal munkatársainkhoz.www.equicom.hu

EQUICOM Méréstechnikai Kft. © 2012 Minden jog fenntartva Jelen kiadvány a jogtulajdonos írásos engedélye nélkül sem részben, sem egészben nem másolható, sem elektronikus, sem mechanikus eljárással, beleértve a fénymásolást, számí-tógépes rögzítést is.

13. ábra: Szűrt 40G jelek OSNR ismételhetősége különböző mérési technológiákhoz

Documents

HÍReq - 07/2012 WDM-AWARE technológia