-
Diese
Erfindung bezieht sich auf ein Übertragungssystem
zum Übertragen
von Daten im Digitalformat und insbesondere, jedoch nicht exklusiv,
auf ein Übertragungssystem
zum Übertragen
von Signalen über
eine lange Entfernung, beispielsweise dichte Wellenlängen-Teilungs-Multiplexsysteme (DWDM-Systeme
= dense wavelength division multiplexing systems) für lange
Strecken, wie beispielsweise diejenigen, die bei Unterwassersystemen
verwendet werden. Die Erfindung bezieht sich ebenfalls auf Langstrecken-Überlandsysteme,
wie beispielsweise kontinentale terrestrische Systeme.
-
Ein
Wellenlängen-Teilungs-Multiplexsystem (WDM-System
= wavelength division multiplexing system) umfasst eine Mehrzahl
von Sendern und Empfängern
zum Übertragen
von Daten bei unterschiedlichen Wellenlängen oder Kanälen durch
das System, und im Allgemeinen eine Mehrzahl von Inline-Verstärkern, die
an voneinander beabstandeten Intervallen entlang des Systems zum
Verstärkern
der Leistung von Licht positioniert sind, die durch das System übertragen
wird. Die Verstärker
sind typischerweise mit seltenen Erden dotierte Verstärker, und
ein Teil des Systems zwischen einem Sender und einem Empfänger ist
als ein Link bekannt.
-
Im
Allgemeinen werden derartige WDM-Systeme durch Gerätelieferanten
und Betreiber installiert, die Telekommunikations-Dienste Kunden
anbieten, die die Systeme von den Gerätelieferanten kaufen.
-
Um
die Alterung der Inline-Verstärker
und anderer Komponenten zu berücksichtigen
und bei Kabelreparaturen zugezogene Verluste auszugleichen, bauten
die Betreiber einen großen
Gesamtspielraum für
den optischen Signal-Rausch-Abstand (OSNR-Abstand
= optical signal to noise ratio) in das System am Anfang ein. Dies
verringert die tatsächliche
Kapazität
des Links um bis zu das Vierfache.
-
Außerdem ist
bekannt, dass, wenn Daten über
ein Übertragungssystem übertragen
werden, Fehler in die Daten aufgrund von Rauschen in dem System
eingeführt
werden können.
Je länger
die Entfernung ist, über
die die Daten übertragen
werden, desto wahrscheinlicher ist es, dass mehr Fehler in die Daten
eingeführt
werden.
-
Betreiber
befördern
im Allgemeinen eine Mischung von Verkehrsklassen durch WDM-Leitungssysteme.
Diese unterschiedlichen Verkehrsklassen beziehen sich auf unterschiedliche
Dienstgütevereinbarungen
(DGV). Der einträglichste
Verkehr wird hier als Verkehr der Klasse A bezeichnet und umfasst
beispielsweise Daten von Banken und anderen Institutionen, die im
Stande sein müssen,
vollständige
Sicherheit und Integrität
der durch das System übertragenen
Daten zu gewährleisten.
Derartiger Verkehr wird häufig
auf einer vollständig
geschützten
Grundlage bereitgestellt, um Ausfälle zu minimieren, die auftreten
können,
wenn das System Instandsetzung benötigt.
-
Die
niedrigste Klasse wird hier als Verkehr der Klasse B bezeichnet
und kann beispielsweise Daten von Privatpersonen umfassen, die Zugriff
auf das Internet erfordern. Der Verkehr der Klasse B erzielt den
geringsten Ertrag und wird häufig
auf einer Best-Efforts-Basis bereitgestellt. Im Allgemeinen wird das
Volumen des Verkehrs der Klasse A bedeutend niedriger als der Verkehr
mit niedrigerem Tarif (Klasse B) sein.
-
Es
ist bekannt, dass mit seltenen Erden dotierte Verstärker unterschiedliche
Leistungskapazitäten
bei unterschiedlichen Wellenlängen
aufweisen. In den letzten Jahren ist es jedoch mit dem Aufkommen von
Filtertechniken, wie beispielsweise Bragg-Gitter, möglich, die Leistungskapazitätskurve
von mit selten Erden dotierten Verstärkern abzuflachen, sodass die Verstärkung für jede separate
Wellenlänge
mehr oder weniger gleich ist. Trotz dieser Abflachung weisen lange
Systeme immer noch ein bemerkenswertes Fehlen von Verstärkungsabflachung
auf, und es ist daher notwendig, bestimmte Kanäle vorzubetonen, um sicherzustellen,
dass jeder Kanal nominell dem anderen Kanal äquivalent ist. Die Vorbetonung wird
erreicht, indem mehr Leistung in die schlechteren Kanäle als in
die besseren Kanäle
gegeben wird. Dies bedeutet, dass beim Empfänger alle Kanäle gleich
erscheinen.
-
Bei älteren Übertragungssystemen,
bei denen der Vollkommenheitsgrad der Verstärkungsabflachung niedriger
ist, ist mehr Aufmerksamkeit auf Vorbetonung erforderlich, um bedeutende
Niveaus von Nichtabflachung zu überwinden.
-
Wenn
ein WDM-Link eingerichtet wird, ist es notwendig, ein Leistungsbudget
für den
Link zu berechnen. Dies ist im Allgemeinen ein kooperativer Prozess,
der zwischen dem Gerätelieferanten
und dem Betreiber stattfindet. Wenn das Leistungsbudget ausgearbeitet
wird, wird ein Alterungsspielraum von mehreren dB bestimmt, um Kabelreparaturen
und System/Komponentenalterung auszugleichen. Schaden an dem System
kann entweder dauerhaft sein oder durch Reparaturen oder dauerhafte
Verschlechterung in entweder dem Übertragungsmedium oder den
optischen Inline-Elementen,
wie beispielsweise den Sendern, Empfängern und Verstärkern, verursacht
werden. Alternativ kann der Schaden vorübergehend sein. PDM (Polarisation
Mode Dispersion) ist ein bedeutender vorübergehender Vorgang, der insbesondere
bei hohen Übertragungsraten,
wie beispielsweise 10 GBit/s und 40 GBit/s, schädlich ist.
-
Der
Alterungsspielraum wird in das System am Anfang hineinentwickelt.
Diese Übung
beinhaltet normalerweise die Erzeugung eines Leistungsbudgets für einen
bestimmten Link, Durchführen
einer Schätzung,
wie sich die verschiedenen Elemente über die Lebensdauer des Systems
verschlechtern werden, und Einbauen dieses in das Link-Leistungsbudget.
Aufgrund der Tatsache, dass sich Übertragungstechnologien kontinuierlich
entwickeln, ist es schwierig, eine Schätzung dieser Alterungselemente durchzuführen. Es
ist daher üblich,
eine sehr konservative Position einzunehmen, und es ist nicht unüblich, einen
Alterungsspielraum von typischerweise >5 dB an den bedeutendsten Links in dem
System, wie beispielsweise Langstrecken-Unterwasser-Links, einzubauen.
Dieser Alterungsspielraum kann daher als 5 dB oder mehr des Wertes
der verlorenen Leistungskapazität über die
gesamte Lebensdauer des Systems betrachtet werden.
-
Die
europäische
Patentanmeldung Nr.
EP 0 828
357 offenbart ein Steuersystem für ein optisches Element, wie
beispielsweise einen optischen Verstärker, in einem optischen Übertragungssystem.
Das Steuersystem umfasst Mittel zum Bestimmen der übertragenen
optischen Signalleistung in jedem einer Mehrzahl von unterschiedlichen
optischen Wellenlängen-Bändern, Mittel zum Bestimmen,
welche der Leistungen am nächsten
zu einer Schwelle ist, und Mittel zum Steuern einer Ausgangsleistung
des Elements oder zum Steuern eines Parameters, der die Schwelle
beeinflusst, auf der Grundlage der Leistung, die am nächsten zu
der Schwelle ist.
-
Die
europäische
Patentanmeldung Nr. 1 191 728 offenbart ein Verfahren zum Entzerren
von Kanalqualitätsunterschieden
in einem WDM-System, das N Sender, N Empfänger und N Kanäle aufweist, wobei
die folgenden Schritte durchgeführt
werden:
getrenntes Messen in jedem Fall einer Bitfehlerrate von
jedem einzelnen der N Kanäle
in jedem der N Empfänger,
wobei diese in jedem Fall bei unterschiedlichen Entscheidungsschwellen,
die von dem optimalen Wert abweichen, in N ersten Entscheidungsschaltungen
gemessen werden; Bestimmen der Bitfehlerrate bei dem optimalen Betriebspunkt durch
Extrapolieren der gemessenen Bitfehlerraten für jeden einzelnen der N Kanäle; Bestimmen
eines Q-Werts für
jeden der N Kanäle
aus den jeweiligen zugeordneten extrapolierten Bitfehlerraten; Kalibrieren
der N Sender über
eine Steuervorrichtung durch Anheben der Niveaus der Kanäle, die
eine hohe Bitfehlerrate aufweisen, und Absenken der Niveaus der Kanäle, die
eine niedrige Bitfehlerrate aufweisen, bei dem Verhältnis des
jeweiligen Q-Werts des Kanals, wobei das Gesamtniveau aller N Kanäle in den
N Sendern konstant gehalten wird; und Wiederholen der Schritte,
bis alle N Q-Werte
der N Kanäle
in den N Empfängern
gleich sind.
-
Das
US-Patent Nr.
US 6 219 162 offenbart ein
Verfahren zum Entzerren der Kanäle
eines WDM-Links, das das Identifizieren eines Fehlerschwellenniveaus
BER
Fail für die für jedes Signal S(j) in Übereinstimmung
mit der Kanalrate definierten BER und das Bestimmen der Dämpfung A(j)
von beispielsweise der Leistung P(j) jedes über den WDM-Link übertragenen
Signals S(j) umfasst. Die Senderleistungen werden unter Berücksichtigung
der für
alle Kanäle
bestimmten Dämpfungen
eingestellt. Die Dämpfung
A(j) für
den Kanal (j) wird bestimmt, indem zuerst die Leistung P(j) aller
Signale S(j) auf ein Maximum P
Max eingestellt
wird, die Leistung P(j) des Kanals (j) gedämpft wird, bis die BER die
Schwellenwert-BER
Fail erreicht, die Leistung entsprechend
der BER
Fail für diesen Kanal gemessen und
der Unterschied zwischen der P
Max und P(j)
Fail berechnet wird. Die Senderleistungen
werden dann gemäß der Beziehung
P (j) = P
max-η[A(j)-A
min)
eingestellt, wobei η gleich
0,8 für
ein System mit 3 – 4
Kanälen
ist. Das Verfahren kann für
Mehrkanalsysteme mit Zwischenknoten, bei denen Kanäle hinzugefügt und weggelassen
werden, verwendet werden.
-
Gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung wird ein Wellenlängen-Teilungs-Multiplexsystem
bereitgestellt, wobei das System umfasst:
eine Mehrzahl von
Kanälen
bei unterschiedlichen Wellenlängen,
wobei jeder Kanal einen Sender, einen Empfänger und einen oder mehrere
Verstärker umfasst;
wobei
das System ferner für
jeden der Mehrzahl von Kanälen
einen Codierer zum Codieren der Daten mit einer Codierung und einen
Decodierer zum Decodieren von übertragenen
Daten umfasst;
ein Überwachungsmittel,
um rohe nicht-korrigierte Bitfehler auf jedem Kanal direkt oder
indirekt zu überwachen;
dadurch
gekennzeichnet, dass das Übertragungssystem
ferner umfasst:
ein Priorisierungsmittel zum Priorisieren jedes
Kanals gemäß den auf
diesem Kanal beförderten
Daten; und
ein Leistungseinstellmittel zum Verändern der
Leistung auf einem Kanal als Reaktion auf die Bitfehlerrate dieses
Kanals und zum Verringern der Leistung auf einem Kanal, der Daten
niedriger Priorität
befördert.
-
Gemäß einem
zweiten Aspekt der Erfindung wird ein Verfahren für Datenverkehr-Management über ein
Wellenlängen-Teilungs-Multiplexsystem
mit einer Mehrzahl von Kanälen
bei unterschiedlichen Wellenlängen
bereitgestellt, wobei das Verfahren durch folgende Schritte gekennzeichnet
ist:
Zuteilen einer Priorität
an zu übertragende
Daten;
Lenken von Daten zu einem vorbestimmten Kanal in dem Übertragungssystem
gemäß der Priorität der Daten;
Codieren
der Daten vor der Übertragung
mit einem Codierer und Decodieren der Daten nach der Übertragung
mit einem Decodierer;
direktes oder indirektes Überwachen
von rohen nicht-korrigierten
Bitfehlern auf jedem Kanal;
Einstellen der Leistung zu jedem
Kanal als Reaktion auf die überwachte
Bitfehlerrate des Kanals mit Verringern von Leistung zu einem Kanal,
wenn er Daten niedriger Priorität
befördert.
-
Vorzugsweise
umfasst das System einen FEC-Codierer und FEC-Decodierer.
-
Vorteilhafterweise
umfasst das Überwachungsmittel
eine FEC-Fehlererfassungsschaltung.
-
Alternativ
umfasst das Überwachungsmittel eine
weiche Multiniveau-Entscheidungsschaltung.
-
Das Überwachungsmittel
kann entweder eine FEC-Fehlererfassungsschaltung
oder eine weiche Multiniveau-Entscheidungsschaltung
oder beide umfassen.
-
Es
ist bekannt, einen Fehlererfassungs- oder -korrektur-Code, insbesondere
die FEC-Codierung (Forward Error Correction coding) zu verwenden,
um Fehler in den Daten zu verringern oder zu beseitigen. Die Verwendung
derartiger Codes verbraucht verfügbare
Bandbreite in dem Kanal, die ansonsten zum Übertragen von Daten verwendet
werden könnte.
-
Bei
der Erfindung werden adaptive Techniken verwendet, um die Verschlechterung
des Dienstes im Fall einer sich verschlechternden Signalqualität zu vermeiden.
Im Fall einer sich verschlechternden Signalqualität ist es
bedeutsam, einen bedeutenden Spielraum zwischen dem Punkt, bei dem
die Verschlechterung erfassbar ist, und dem Punkt, wo die Anpassung
wesentlich ist, um eine unannehmbare Verschlechterung des Dienstes
zu vermeiden, aufzuweisen. Es gibt mehrere bekannte Techniken zum
Erfassen der Verschlechterung, während
die gelieferte Bitfehlerrate immer noch sehr niedrig ist.
-
Bei
Systemen, die FEC verwenden, ist die Erfassung von rohen Fehlern
im Allgemeinen automatisch innerhalb des Systems, sodass, wann immer das
System einen oder mehrere Fehler korrigiert, diese identifiziert
und gezählt
werden können.
Dies bedeutet, dass für
eine allmähliche
Verschlechterung rohe Fehler weit vor dem Einsetzen gelieferter
Fehler (nach der Fehlerkorrektur) erfasst werden können. Typischerweise
stellt dies einen Spielraum von mehreren Größenordnungen zwischen der ersten
Erfassung und dem Punkt des unannehmbaren Anstiegs der gelieferten
Bitfehlerrate bereit. Es sollte jedoch daran erinnert werden, dass
eine Größenordnung
in der rohen Fehlerrate einen Bruchteil einer dB beim Rauschabstand
entsprechen kann; dies bedeutet, dass es notwendig ist, sicherzustellen,
dass der Betrag des Spielraums so groß wie möglich ist.
-
Mit
einer oder mehreren gegebenen Informationssequenzen (in digitaler
Form) ist bekannt, die FEC auf die folgende Art und Weise anzuwenden:
die Quelleninformation, die als eine Reihe von digitalen Informationswörtern verstanden
werden kann, wird in ein Code-Wort codiert, wobei dieses länger als
das entsprechende Informationswort durch die Hinzufügung von
Codier-Overheads wird. Dieses wird über einen Kommunikationskanal
mit der möglichen
Einspeisung von Fehlern mit der Rohbitfehlerrate (rohe BER = raw
bit error rate) übertragen.
Nach der Decodierung wird eine Schätzung des ursprünglichen
Code-Worts mit dem Potential wiederhergestellt, dass das Informationsquellenwort
und die wiederhergestellte Schätzung
identisch (fehlerfrei) sind oder sonst eine bedeutende niedrigere
Fehlerrate als die rohe BER aufweisen werden. Dies wird auf Kosten des
Erforderns einer größeren Bandbreite
wegen des Codier-Overheads erreicht, und diese erhöht ihrerseits
die Bandbreite, die System-Penalties befördert. Der Codier-Overhead
kann getrennt und auf einem zweiten Kanal übertragen werden, oder es ist
möglich,
das Code-Wort auf andere weisen zu partitionieren und die beiden
Teile des Code-Wortes erneut auf getrennten Kanälen zu befördern. In jedem der beiden
Fälle werden
die empfangenen Sequenzen vor dem Decodieren erneut vereinigt.
-
Bei
Systemen, bei denen FEC nicht verwendet wird, ist es möglich, die
Fehlererfassungs-Codierung mit einem viel niedrigeren Overhead anzuwenden,
als für
Fehlerkorrektur erforderlich ist. In derartigen Situationen besteht
jedoch eine einfachere Lösung
darin, ein Paritätsbit
zu jedem Block hinzuzufügen,
weil der Block lang sein kann, um den Overhead zu minimieren, und
die Fehlererfassung ziemlich einfach ausgeführt werden kann. Obwohl isolierte
Fehler erfasst werden können,
ist es schwierig, einen ausreichenden Spielraum zwischen der ersten
Fehlererfassung und dem Einsetzen von unannehmbaren Fehlerraten
zu erreichen. Ohne FEC kann eine Bitfehlerrate von 10–12 erforderlich
sein, und daher ist eine Erfassung mit einem Niveau von 10–15 oder
weniger wünschenswert.
Bei einer Bitfehlerrate von 10 Gb/s würde dies jedoch einer Rate
von Eins je Tag entsprechen. Die Zeitskala für Systemänderungen könnte viel kürzer als dies sein. Daher kann
sogar mit einer perfekten Fehlererfassung die Messung von sehr niedrigen
Fehlerraten langsam sein.
-
Eine
alternative Nicht-FEC-Lösung,
die die Messung von niedrigen Fehlerraten erheblich beschleunigt,
besteht darin, eine Multiniveau-(oder weiche)Erfassung zu verwenden.
Bei einer weichen Multiniveau-Entscheidungsschaltung wird ein Takt
bereitgestellt, um reguläre
Entscheidungsfälle
zu markieren, und in jedem Moment wird eine Entscheidung zwischen
einer „1", die typischerweise
der Signalspannung entspricht, die größer als die vorbestimmte Schwelle
ist, und einer „0", die einer Spannung
entspricht, die geringer als die Schwelle ist, durchgeführt. Eine
Multiniveau-Entscheidungsschaltung kann
zusätzliche
Information bereitstellen, um zwischen klaren Entscheidungen (z.B.
entspricht „1" beispielsweise 1
V über
der Schwelle) und marginalen Entscheidungen (z.B. entspricht „1?" einem Signal über der
Schwelle, das jedoch geringer als 1 V ist). Das Aufkommen gelegentlicher
Ergebnisse von „1?" oder „0?" wird eine Angabe
des Verringerns von Spielräumen
vor einem bedeutenden Anstieg in tatsächlichen Fehlern geben. Ein
Beispiel dieses Prinzips wird in 7 und 8 gezeigt.
-
Wenn
FEC benutzt wird, ist eine Multiniveau-Erfassung erneut anwendbar
und vorteilhaft. Der Spielraum zwischen der ersten Erfassung und unannehmbaren
gelieferten Fehlerraten wird durch einen Zweistufen-Effekt verbreitert.
wenn sich das Signal allmählich
verschlechtert, besteht die erste Angabe durch das Auftreten gelegentlicher
Entscheidungen von „1?" oder „0?", während die
rohe Bitfehlerrate noch extrem niedrig ist. Dann kann mit weiterer
Signalverschlechterung das Einsetzen einer bedeutenden rohen Bitfehlerrate
ohne eine bedeutende gelieferte Bitfehlerrate – d.h. Verschlechterung des Dienstes – noch toleriert
werden. Ein zusätzlicher Vorteil
des Benutzens einer Multiniveau-Erfassung in der Anwesenheit von
FEC besteht darin, dass das Codier-System aus der zusätzlichen
Information beim Unterscheiden zwischen „1" und „1?" Vorteil ziehen kann, um die Codier-Verstärkung zu
erhöhen.
-
Obwohl
eine Vierniveau-Erfassung mittels Darstellung beschrieben wurde,
kann jede Anzahl verwendet werden.
-
Es
ist vorteilhaft eine Multiniveau-Technik (wie beispielsweise die
gerade dargestellte) zusammen mit einem direkten Maß der rohen
BER über Fehlererfassung
anzuwenden. Mit einem allmählichen
Einsetzen der Kanalverschlechterung würde ein erfassbarer Anteil
von „1?" oder „0?" Signalen empfangen
werden, während
die rohe BER selbst noch so niedrig ist, so dass sie in einem brauchbaren Zeitrahmen
nicht erfassbar ist. In diesem Regime ist es möglich, eine Schätzung der
darunter liegenden rohen BER aus einer Kenntnis der Wahrscheinlichkeitsverteilungen
der empfangenen Signale durchzuführen.
Mit der Verschlechterung ist wahrscheinlich, dass ein großer Anteil
der empfangenen Signale in den „1?" oder „0?" Bändern
ist, und in diesem Regime wird die rohe BER genauer aus der Fehlererfassung
geschätzt.
Es gibt einen weiteren Anwendungsbereich für die Kanalbeeinträchtigung,
bevor die rohe BER einen Niveau erreicht, bei der die wirksame Fehlerkorrektur
zusammenbricht und eine unannehmbare gelieferte BER erreicht wird.
Diese beiden Regime bieten zusammen einen wirksamen Abstand zwischen
dem anfänglichen
Einsetzen einer rohen BER und dem Einsetzen von gelieferten Bitfehlern.
-
Zusätzlich zu
den obigen Techniken, die auf die Erfassungsstufe eines empfangenen
Signals Anwendung finden, können
frühe Warnungen
des direkt bevorstehenden Einsetzens von Fehlern von einem Bereich
von „Gesundheitsprüfungen" bei jedem Teil des Übertragungssystems
kommen, wie beispielsweise Überwachen
des Laserbetriebspunktes und von Verstärkungsspielräumen des
optischen Verstärkers.
Diese „Gesundheitsprüfungen" könnten möglicherweise
verwendet werden, um das Risiko einer bevorstehenden Beeinträchtigung
vorherzusehen. Das Übertragungssystem
könnte
dann diese Information vorteilhaft anwenden, um die wirksamste Form
einer Antwort, falls und wenn die BER-Schwellen erreicht sind, unter
Berücksichtigung
aktueller Verkehrsprioritäten
zu erstellen.
-
Es
ist bekannt, ein Übertragungssystem
zu entwickeln, sodass die Übertragungskanäle eine
maximale annehmbare rohe BER (BERmax) aufweisen werden,
sodass mit dem Betrieb der FEC die End-zu-End-Leistung voreingestellte
Qualitätskriterien
erfüllen
wird. Komplexe Systeme, wie beispielsweise transozeanische optische
Fasersysteme, werden unvermeidbarer Weise viele variable Bestandteile
umfassen, und im Verlauf der Entwicklung des Systems, um diese mit
minimalen Risiko, Ziele nicht zu erreichen, zuzulassen, wird es
typischerweise einen erheblichen Spielraum zwischen der tatsächlichen
Leistung und der minimalen Leistung geben. Beispielsweise wird die
rohe BER typischerweise einige Größenordnungen unter der BER
sein, die durch die FEC korrigiert werden kann. Außerdem wird
diese Toleranz typischerweise aufgrund vieler Variablen, wie beispielsweise
optischen Polarisationseffekten, wie beispielsweise PMD (Polarisation
Mode Dispersion), PDL (Polarisation Dependent Loss) und PDG (Polarisation
Dispersion Gain (PDG), Temperaturvariation, Schwund und Alterung,
variabel sein.
-
Weil
ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem
im Stande ist, auf eine ansteigende rohe BER zu reagieren, ist es
im Stande, Leistung in Kanälen zu
verringern, die Verkehr mit niedrigerer Priorität befördern, wenn die rohe BER die
maximal erlaubte rohe BER (BERmax) überschreitet.
Aufgrund der Fähigkeit,
eine ansteigende rohe BER zu überwachen und
dann auf diese zu reagieren, ist das erfindungsgemäße Übertragungssystem
im Stande, in einem Spielraum zu arbeiten, unter dem herkömmliche
Systeme arbeiten mussten, da herkömmliche Systeme nicht im Stande
sind, eine zunehmende rohe BER zu bewältigen. Mit der Erfindung ist
es daher möglich, mehr
Verkehr auf dem Übertragungssystem
zu befördern,
da Verkehr mit niedrigerer Priorität nach Bedarf weggelassen wird,
um die rohe BER in annehmbaren Grenzen zu halten.
-
Ferner
ist es mit der Erfindung möglich,
sich auf die ändernde
Qualität
der Übertragung
auf zwei oder mehreren Kanälen
anzupassen, um die Verkehrsmenge zu maximieren, die befördert werden kann.
Im Fall einer Verschlechterung unter Auslegungszielen ist es möglich, den
Verlust des Dienstes zu minimieren. Umgekehrt ist es möglich, die
ansonsten unbenutzten Toleranzspielräume durch Übertragen von mehr Verkehr
nutzbar zu machen. Es ist ersichtlich, dass beim Maximieren der
Verkehrsmenge Vorsicht geboten ist, um die Qualität der Übertragung nicht
nachteilig zu beeinflussen.
-
Wenn
die Bitfehlerrate auf einem bestimmten Kanal zunimmt, ist es möglich, diese
BER durch Erhöhung
der Leistung auf einem Kanal zu verringern. Es wird jedoch nicht
möglich
sein, die Leistung an einem System kontinuierlich zu erhöhen, da
dies zu tun bedeuten würde,
das Leistungsbudget zu überschreiten.
-
Weil
die Natur der auf derartigen Systemen beförderten Daten im Allgemeinen
zwischen Verkehr der Klasse A und Verkehr der Klasse B, wie oben
beschrieben, aufgeteilt werden kann, ist es möglich, auf dem System übertragene
Daten zu priorisieren.
-
Falls
notwendig, ist es daher möglich,
Verkehr von einem Kanal zu entfernen, der Verkehr mit niedriger
Priorität
(B) befördert,
um die Bitfehlerrate des Verkehrs mit hoher Priorität zu verringern,
da ein niedriges Verkehrsniveau zu einer niedrigeren Bitfehlerrate
führt.
Diese Verbesserung kann bewirkt werden, indem der Kanal stillgelegt
und Leistung, die von diesem Kanal verwendet wurde, zu einem Kanal transferiert
wird, der Daten hoher Priorität
(A) befördert,
ohne das Leistungsbudget des Systems zu überschreiten. Alternativ kann
der Kanal, der Verkehr (B) befördert,
offengehalten werden, und die durch Entfernen von Verkehr freigelegte
Kapazität
kann auf eine neu optimierte FEC-Konfiguration angewendet werden,
indem sie beispielsweise zusätzliche FEC-Overheads
von einem oder mehreren Kanälen mit
hoher Priorität
befördert,
wie in unserer gleichzeitig anhängigen
UK-Patentanmeldung Nr. 0208560.3 beschrieben ist, deren Inhalt hier
durch Bezug aufgenommen ist und von der diese Anmeldung Priorität beansprucht.
-
Mit
der Erfindung ist es daher möglich
sicherzustellen, dass Kanälen,
die den Verkehr der Klasse A befördern,
ausreichende Leistung zugeteilt wird, um sicherzustellen, dass die
annehmbare Bitfehlerrate nicht überschritten
wird. Da die Menge des Verkehrs A fast immer sehr viel niedriger
als die Menge des anderen Verkehrs ist, sollte es immer möglich sein,
die Leistung auf diese Art und weise zu verwalten. Außerdem werden
die Kanäle,
die Daten hoher Priorität
befördern,
positiv mit Vorbetonung vorbelastet. Dies gewährleistet, dass, wenn sich
ein System plötzlich
verschlechtert, die Kanäle
in einem physikalischen Sinne überleben
werden.
-
Ein
bedeutendes Merkmal der Erfindung besteht darin, dass die Erfassungseinrichtung
der FEC-Funktion verwendet werden kann, um die Beziehung zwischen
Kanälen
der Klasse A und dem restlichen Verkehr über eine lange Zeitspanne beizubehalten
und die untere Klasse von Kanälen
im Fall einer starken Überschreitung
an der Leitung oder einer dauerhaften Stufenänderung proaktiv abzuschalten.
Unter derartigen Umständen
können
die Kanäle dauerhaft
abgeschaltet werden.
-
Vorzugsweise
verringert das Leistungseinstellmittel Leistung zu Kanälen, die
Daten niedriger Priorität
befördern,
sodass dementsprechend ein Kanal, der Daten niedriger Priorität befördert, abgeschaltet
wird.
-
Dies
hat die Wirkung, Verkehr und Leistung zu dem System zu verringern.
-
Alternativ
kann das Leistungseinstellmittel die Leistung zu dem System erhöhen. Dies
kann insbesondere angebracht sein, wenn das System mit einer Leistung
läuft,
die viel geringer als die ihr verfügbare maximale Leistung ist.
Die maximal verfügbare Leistung
wird durch das Leistungsbudget des Systems bestimmt.
-
Vorteilhafterweise
umfasst das System ferner einen Controller zum Steuern des Leistungseinstellmittels.
-
Vorteilhafterweise
werden die durch das Übertragungssystem
beförderten
Daten mit FEC-Codierung codiert.
-
Vorzugsweise
umfasst das System ferner ein Mittel zum Vorbetonen eines Kanals
vor der Übertragung
von Daten.
-
Die
Erfindung wird nun ferner lediglich beispielhaft mit Bezug auf die
begleitenden Zeichnungen beschrieben, in denen zeigen:
-
1 eine
schematische Darstellung eines Übertragungssystems
gemäß einem
ersten Aspekt der Erfindung;
-
2a ein
Ausgangsleistungsspektrum für ein
beliebiges Vierkanal-DWDM-System;
-
2b ein
Ausgangsleistungsspektrum für ein
beliebiges Vierkanal-DWDM-System nach sagen wir 2000 km ohne Vorbetonung;
-
2c ein
Ausgangsleistungsspektrum für die
beliebigen Vierkanäle
nach sagen wir 2000 km mit Vorbetonung;
-
2d ein
Ausgangsleistungsspektrum für das
Vierkanal-DWDM-System
von 1, die zusätzliche
Kanäle,
die aufgrund der Ausschöpfung
des erfindungsgemäßen Spielraums
verfügbar
sind, und mit Vorbetonung des besten Kanals zeigt;
-
3 eine
Darstellung eines Steueralgorithmus zum Einstellen der Leistung
bei dem Übertragungssystem
von 1 nach Entfernen von Verkehr mit niedriger Priorität;
-
4, 5 und 6 graphische
Darstellungen, die zeigen, wie die rohe BER mit der Erfindung gesteuert
werden kann; und
-
7 und 8 graphische
Darstellungen einer Vierniveau-Entscheidungsschaltung.
-
In
den Figuren wird ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem im Allgemeinen
durch die Bezugsziffer 10 gekennzeichnet (1).
Das Übertragungssystem
umfasst eine Mehrzahl von Sendern (T) 12 und eine Mehrzahl
von Empfängern
(R) 14. Bei der dargestellten Ausführungsform der Erfindung gibt es
vier Sender und vier Empfänger,
um vier Kanäle zu
definieren, entlang denen Daten übertragen
werden können.
Es ist jedoch ersichtlich, dass die Erfindung auf Übertragungssysteme
mit irgendeiner Anzahl von Kanälen
und daher auf irgendeine Anzahl von Sendern und Empfängern anwendbar
ist. Das System 10 umfasst ferner Inline-Verstärker 16,
einen Multiplexer 18 und einen Demultiplexer 20.
-
In 2a bis 2c wird
nun das Leistungsausgangsspektrum für ein beliebiges Vierkanal-DWDM-System
gezeigt. Die Figuren zeigen, wie die Vorbetonung dazu führt, dass
alle Kanäle
nominell äquivalent
sind. Wie in 2c gezeigt ist, erscheinen Kanäle 1 bis
4 (dargestellt durch Bezugsziffern 201, 202, 203 bzw. 204)
dem Empfänger
gleich zu sein.
-
Bei älteren Systemen,
bei denen der Vollkommenheitsgrad der Verstärkungsabflachung geringer ist,
wird mehr Aufmerksamkeit für
die Vorbetonung erforderlich sein, um bedeutende Grade von Nicht-Abflachung
zu überwinden.
-
In 2d wird
das Ausgangsspektrum für das
Vierkanal-DWDM-System
von 1 nach sagen wir 2000 km gezeigt. Bei diesem System
existieren zusätzliche
Kanäle
aufgrund der Ausnutzung aller verfügbarer Spielräume, beispielsweise
Alterung, Reparatur, etc.. Das System umfasst nun 8 Kanäle 201 bis 208.
Das System beinhaltet Biasvorbetonung auf dem Kanal, der den Verkehr
der Klasse A führen wird,
was in diesem Fall der Kanal 202 ist. Alle anderen Kanäle sind
nominell gleich.
-
Am
Anfang wird ein Leistungsbudget für das System 10 berechnet,
und daher wird eine Maximalleistung Pmax berechnet.
Alternativ kann Pmax empirisch während der
Systeminbetriebnahme ausgearbeitet werden. Zu jeder Zeit während der Übertragung
wird das System mit einer bestimmten Leistung, die als Pused bekannt ist, wobei Pmax >/Pused ist,
arbeiten.
-
In
das System zur Übertragung
eintretende Daten werden mit einem FEC-Codierer codiert und dann
nach der Übertragung
mit einem FEC-Decodierer decodiert.
-
Wenn
FEC-Codierung verwendet wird, ist es möglich, Fehler in jedem der
Kanäle
zu erfassen.
-
Für jeden
Kanal wird eine annehmbare maximale Bitfehlerrate BERmax berechnet.
Ein Controller 22, der einen Steueralgorithmus 24 beinhaltet,
reagiert auf die an jedem Kanal gemessene BER und stellt die Ausgangsleistungs-Einstellung gemäß der gemessenen
BER ein. Anfangs gibt ein Betreiber in den Controller Einzelheiten
von Ziel-Bitfehlerraten ein.
-
Wenn
Daten in das Übertragungssystem 10 eintreten,
werden sie gemäß ihrer
Priorität
kategorisiert. Beispielsweise können
die Daten mit höherer Priorität für Verkehr
der Klasse A und niedrigerer Priorität für Verkehr der Klasse B kategorisiert
werden. Die Daten können
jedoch ferner in eine beliebige Anzahl von unterschiedlichen Prioritätsniveaus
dementsprechend unterteilt werden.
-
Das
System wird eingerichtet, sodass Daten hoher Priorität auf bestimmte
bekannte Kanäle
gelenkt werden. Der Betreiber wird Einzelheiten der Kanaleigenschaften
in den Controller 22 eingeben.
-
Wenn
die BER auf einem bestimmten Kanal ansteigt, kann die Ausgangsleistung
des Senders auf diesem Kanal erhöht
werden, um dadurch die BER zu verringern. Die kombinierte Ausgabe
aller Sender in dem System Pused muss jedoch
kleiner oder gleich Pmax sein, die gemäß dem Leistungsbudget
die maximale verfügbare
Leistung ist.
-
4, 5 und 6 zeigen,
wie sich die Kanalbeeinträchtigung
oder die rohe BER mit der Zeit verändern können und wie ein erfindungsgemäßes System
die Niveaus der rohen BER verwalten kann. In jeder dieser drei Figuren
wird Zeit entlang der X-Achse ausgedrückt und die Kanalbeeinträchtigung hinsichtlich
der rohen BER auf einer Notationsskala auf der Y-Achse gezeigt.
Typischerweise wird die rohe BER auf einer Dezibel-Skala gemessen.
In den Figuren wird die Variation in der Zeit zwecks Klarheit übertrieben.
-
Jede
der 4, 5 und 6 zeigt
das hypothetische Niveau der Kanalbeeinträchtigung, die durch ein erfindungsgemäßes System
toleriert werden kann, verglichen mit einem Niveau der Kanalbeeinträchtigung,
die bei einem bekannten Übertragungssystem
toleriert werden kann.
-
In 4 wird
die Kurve, die Kanalbeeinträchtigung
in einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem
darstellt, durch die Bezugsziffer 42 gekennzeichnet, und
die Kurve, die ein maximales Niveau der Kanalbeeinträchtigung
angibt, die bei einem herkömmlichen Übertragungssystem
verfügbar
ist, durch die Bezugsziffer 40 angegeben.
-
Bei
herkömmlichen Übertragungssystemen gibt
es eine herkömmliche
Schwelle 34, für
die ein System ausgestaltet ist, so dass es unter dieser arbeitet.
Dies bedeutet, dass ein System ausgestaltet ist, sodass unter normalen
Umständen
die Kanalbeeinträchtigung
diese herkömmliche
Schwelle 34 nicht überschreiten
wird. Sollten jedoch Umstände
diktieren, dass die Kanalbeeinträchtigung,
beispielsweise aufgrund von Alterung des Systems, über dieses
Niveau ansteigt, wird das System immer noch arbeiten, da ein breiter
Alterungsspielraum in die Ausgestaltung des bekannten Systems eingebaut
wurde.
-
Typischerweise
ist die herkömmliche Schwelle 34 mehrere
dB unter der harten Schwelle 30. In der Praxis kann die
herkömmliche
Schwelle 34 nicht hinsichtlich einer gemessenen BER sondern hinsichtlich
des Einstellens des Rauschabstands mehrere dB niedriger als das
Minimum für
eine annehmbare BER eingestellt werden.
-
Im
Gegensatz dazu ist ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem im Stande,
diesen Spielraum zu nutzen. Ein künstliche Schwelle, die als
eine weiche Schwelle 32 bekannt ist, wird verwendet, wenn
das annehmbare Niveau der Kanalbeeinträchtigung berechnet wird, die
das Übertragungssystem tolerieren
kann. Der Unterschied zwischen der weichen Schwelle 32 und
der herkömmlichen
Schwelle 34 wird durch die Linie 38 angegeben
und ist als der Spielraum bekannt.
-
Eine
dritte Schwelle, die harte Schwelle 30, wird ebenfalls
gekennzeichnet. Bei einem erfindungsgemäßen Übertragungssystem ist es für die Kanalbeeinträchtigung
unannehmbar, über
das Niveau der harten Schwelle anzusteigen.
-
Wenn
das Niveau der Kanalbeeinträchtigung über die
weiche Schwelle 32 ansteigt, dann kann es für das System
nicht möglich
sein, sämtlichen
Verkehr zu befördern,
der übertragen
wird. Somit gibt es eine Zeitspanne, die durch die Line 44 angegeben wird,
wenn das erfindungsgemäße Übertragungssystem
auf das höhere
Kanalbeeinträchtigungs-Niveau reagieren
muss, wie ausführlicher
hier nachstehend beschrieben wird.
-
In 5 sind
die beiden Kurven 40, 42 erneut dargestellt. 5 veranschaulicht,
wie ein erfindungsgemäßes Übertragungssystem
auf ein Niveau einer rohen BER über
der weichen Schwelle 32 reagieren kann.
-
Sobald
die Kanalbeeinträchtigung über die weiche
Schwelle, beispielsweise auf Punkt 50, ansteigt, kann die
Leistung zu einem bestimmten Kanal, der Daten niedriger Priorität befördert, verringert
oder sogar vollständig
abgeschaltet werden. Dies führt
dazu, dass der Verkehr, der durch diesen Kanal befördert wurde,
verringert oder sogar vollständig
eliminiert wird. Die Verringerung im Verkehr, der durch das Übertragungssystem
befördert
wird, führt
zu einer Verringerung in der Kanalbeeinträchtigung, die die rohe BER
unter das Niveau der weichen Schwelle bringt. Außerdem kann die Leistung, die
auf dem bestimmten Kanal verwendet wurde, anderen Kanälen zugeteilt
werden, womit die Leistung auf diesen Kanälen erhöht wird. Dies führt seinerseits
zu einer Verringerung in der Kanalbeeinträchtigung.
-
Bei
der in 4, 5 und 6 dargestellten
Situation steigt jedoch die Kanalbeeinträchtigung weiter an, sodass
sie erneut die weiche Schwelle 32 am Punkt 52 überschreitet.
An diesem Punkt erfasst das erfindungsgemäße Übertragungssystem erneut, dass
die rohe BER unannehmbar hoch ist, und verringert erneut die Leistung
von einem anderen Kanal, vorzugsweise einem, der ebenfalls Daten
niedriger Priorität
befördert.
Dies verringert das durch das System übertragene Verkehrsniveau weiter
und erhöht die
Leistung zu den verbleibenden Kanälen. Diese Maßnahme verringert
die Kanalbeeinträchtigung
auf unter das Niveau der weichen Schwelle 32.
-
Bei
der in 4, 5 und 6 dargestellten
Situation beginnt die Kanalbeeinträchtigung, obwohl sie geringfügig von
diesem Punkt ansteigt, zu einem Punkt 56 abzunehmen, der
eine weitere Schwelle 54, die als BERmin bekannt
ist, erreicht. Sobald die Kanalbeeinträchtigung die BERmin-Schwelle 54 erreicht
hat, erfasst der Algorithmus, dass diese Schwelle erreicht wurde,
und führt
erneut einiges von dem Verkehr ein, der zuvor weggelassen wurde. Folglich
wird das Niveau der Kanalbeeinträchtigung auf
Punkt 58 angehoben. Der Punkt 58 ist immer noch
unter dem Niveau der weichen Schwelle 32, und die Kanalbeeinträchtigung
fällt aufgrund
vorherrschender Bedingungen weiter auf Punkt 60 ab. Wenn diese
erneut die BERmin-Schwelle 54 trifft,
erhöht
das System den Verkehr auf dem anderen der Kanäle, auf dem Verkehr weggelassen
wurde. Folglich steigt das Niveau der Kanalbeeinträchtigung
auf den Punkt 62 an. An diesem Punkt wurde sämtlicher
weggelassener Verkehr erneut in das System eingeführt, und das Übertragungssystem
kann wie gewohnt fortfahren.
-
Die
Kurve 64 zeigt das Niveau des Verkehrs, der durch das System
zu irgendeiner gegebenen Zeit befördert wird.
-
In 6 wird
nun die Kurve 42 erneut dargestellt. In diesem Fall erhöht, wenn
die Kanalbeeinträchtigung über die
weiche Schwelle 32 zu dem Punkt 68 ansteigt, das
System die Leistung zu einem bestimmten Kanal mit der Wirkung, dass
die Kanalbeeinträchtigung
unter das Niveau der weichen Schwelle zu Punkt 70 verringert
wird. Bei der dargestellten Situation steigt jedoch die Kanalbeeinträchtigung
weiter zu dem Punkt 72 an, der erneut über dem Niveau der weichen
Schwelle 32 ist. Bei dem dargestellten Beispiel hat das
System nun seine maximal verfügbare
Leistung (Pmax) erreicht, und es ist daher
für das
System notwendig, Leistung in einem bestimmten Kanal zu verringern,
um die Kanalbeeinträchtigung
auf das Niveau 74 zu verringern. Schließlich trifft das Niveau der
Kanalbeeinträchtigung
die BERmin-Schwelle 54 am Punkt 82,
wobei an diesem Punkt die Leistung zu dem Kanal erhöht werden kann,
auf dem sie verringert wurde, um weggelassenen Verkehr wiederherzustellen.
Dies hat die Wirkung des Erhöhens
der Kanalbeeinträchtigung
auf den durch die Bezugsziffer 76 gekennzeichneten Punkt.
Eine weitere Verringerung in der Kanalbeeinträchtigung zu Punkt 78,
der erneut bei der BERmin-Schwelle 54 ist,
ermöglicht
dem System, die Systemleistung zu verringern, wobei die Kanalbeeinträchtigung
auf Punkt 80 erhöht
wird, der immer noch unter dem Niveau der weichen Schwelle 32 ist.
An diesem Punkt hat das Übertragungssystem
allen weggelassen Verkehr wiedergewonnen und ist zu seinem ursprünglichen
Leistungsniveau zurückgekehrt.
-
Wie
mit Bezug auf 3 und 4 bis 6 ersichtlich
ist, wird die Bitfehlerrate für
jeden Kanal durch das erfindungsgemäße Übertragungssystem überwacht.
Wenn die BER auf einem bestimmten Kanal größer als die BERmax und
Pused kleiner als Pmax ist,
dann wird die Leistung des Senders auf diesem Kanal erhöht und Pused erneut berechnet. Wenn Pused größer als
oder gleich Pmax ist, dann bestimmt der
Controller, ob dieser Kanal ein Prioritätskanal ist. Wenn er ein Prioritätskanal
ist, dann wird die Senderleistung auf einem Kanal niedrigerer Priorität verringert
und Pused erneut berechnet. Wenn der Kanal
andererseits kein Prioritätskanal
ist, dann wird der Betreiber benachrichtigt und Verkehr kann von
einem Kanal niedrigerer Priorität
weggelassen werden. Der Kanal könnte
geschlossen sein, womit ermöglicht
wird, dass Leistung auf den anderen Kanälen erhöht werden kann, oder er kann
angepasst sein, zusätzlichen
FEC-Overhead zu befördern,
was zu einer erhöhten
BER von einem oder mehreren der verbleibenden Kanäle führt. In
jedem der beiden Fälle
wird das Ablaufdiagramm bestimmen, ob diese Änderung ausreichend war, um
die BER auf unter BERmax wiederherzustellen
oder nicht. Es ist ebenfalls möglich, dass
herausgefunden wird, dass die BER unter der auf BERmin eingestellten
Schwelle, mit anderen Worten weit unter BERmax ist.
In diesem Fall gibt es Spielraum, um die Leistung des Senders zu
verringern, Pused neu zu berechnen, und
es ist möglich,
zuvor entfernten Verkehr wiederherzustellen. Dies wird ebenfalls
in dem Ablaufdiagramm angegeben.
-
Die
rohe BER oder die Kanalbeeinträchtigung
kann ebenfalls mit einer weichen Vierniveau-Entscheidungsschaltung
der in 7 und 8 dargestellten Art gesteuert
werden. Bei einer Vierniveau--Entscheidungsschaltung wird ein Takt bereitgestellt,
um reguläre
Entscheidungsfälle 100 zu markieren.
Bei jedem Moment 100 wird eine Entscheidung zwischen einer
1, die typischerweise einer Signalspannung entspricht, die größer als
die vorbestimmte Schwelle ist, und einer 0, die einer Spannung entspricht,
die kleiner als eine Schwelle ist, getroffen. Bei der in 6 und 7 dargestellten
Vierniveau--Entscheidungsschaltung kann weitere Information bereitgestellt
werden, um zwischen klaren Entscheidungen, z.B. jenen, bei denen
eine „1" 1 Volt über der
Schwelle entspricht, und einer marginalen Entscheidung, beispielsweise
wenn „1?" einem Signal über der
Schwelle entspricht, jedoch kleiner als 1 Volt ist, zu unterscheiden.
Der Beginn gelegentlicher Ergebnisse von „1?" oder „0?" wird eine Angabe sich verringernder
Spielräume
vor einem bedeutenden Anstieg in tatsächlichen Fehlern geben.
-
Bei
der vorliegenden Situation gibt eine derartige weiche Vierniveau-Entscheidungsschaltung dem
Algorithmusbildenden Teil der Erfindung zusätzliche Information, verglichen
mit Information, die von harten Entscheidungsschaltungen erhalten
wird, und bietet die Möglichkeit,
Fehler viel früher
zu korrigieren. Die Anordnung der weichen Entscheidungsschaltung
könnte
durch verschiedene Verfahren implementiert sein. Es ist mit einer
derartigen Schaltung möglich,
die Anzahl von „definitiven" und „wahrscheinlichen" Ereignisse zu akkumulieren
und eine Leistungszahl der Leitungsgüte zu berechnen. Diese könnte verwendet
werden, um den Betrag des Spielraums anzugeben, den ein bestimmtes
System aufweist, bevor das Übertragungssystem
ausfallen würde.
Ein Vorteil des Verwendens einer derartigen Anordnung einer weichen
Entscheidungsschaltung besteht darin, dass sie sich nicht auf die
FEC-Schaltungsanordnung stützt.
Außerdem
kann sie bei viel niedrigeren Rauschabständen als die FEC-Schaltungsanordnung
arbeiten.