СПОСОБ КОНТРОЛЯ ФУНКЦИОНИРОВАНИЯ КАНАЛОВ И СИСТЕМА ОПТИЧЕСКОЙ СВЯЗИ Российский патент 2019 года по МПК H04B10/00 

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ

Настоящее изобретение относится к системе контроля функционирования и, более конкретно, к системе и способу контроля функционирования в системе оптической связи.

ПРЕДПОСЫЛКИ СОЗДАНИЯ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Применение высокоскоростных реконфигурируемых оптических сетей требует эффективных, гибких и надежных технологий контроля функционирования каналов (СРМ, от англ. Channel Performance Monitoring), чтобы обеспечить высокое качество услуг, а также высокий уровень отказоустойчивости.

Внедрение оптического когерентного детектирования, при котором фаза и амплитуда несущей волны восстанавливаются на стороне приемника и преобразуются с понижением частоты в электрические колебания (в отличие от прямого детектирования, при котором информация фазы теряется) обеспечивает дополнительную степень свободы для кодирования и передачи информации и, соответственно, предоставляет возможность улучшения спектральной эффективности. Более важно, что это преобразование оптического сигнала в электрический, не допускающее потерь, существенно расширяет возможности применения цифровой обработки сигналов (DSP, от англ. Digital Signal Processing), которая осуществляется после высокоскоростного аналого-цифрового преобразования.

С переходом технологий к современным видам когерентной модуляции и к использованию устройств DSP, могут быть разработаны оптические сети с высокой спектральной эффективностью, которые практически не накладывают ограничений на суммарную хроматическую дисперсию (CD, от англ. Chromatic Dispersion) и дисперсию поляризационной моды (PMD, от англ. Polarization Mode Dispersion). Современные технологии обеспечивают возможность компенсации до +/- 60000 пс/нм суммарной CD и 30 пс PMD. Соответственно, дальность передачи ограничивается в основном шумами усиленной спонтанной эмиссии (ASE, от англ. Amplified Spontaneous Emission), генерируемыми оптическими усилителями, а также оптическими нелинейными эффектами.

Контроль СРМ необходим для обеспечения надлежащего качества сигналов и для анализа в процессе работы "состояния здоровья" сети для системы управления сетью (NMS, от англ. Network Management System). В частности контроль СРМ обеспечивает возможность обнаружения, анализа и локализации возможных нарушений в оптической линии связи. Характеристики, которые может обеспечивать модуль контроля функционирования, включают (без ограничения) следующие параметры:

1. Суммарная хроматическая дисперсия (CD).

2. Дисперсия поляризационной моды (PMD).

3. Поляризационные потери (PDL, от англ. Polarization Dependent Loss).

4. Линейные перекрестные искажения.

5. Нелинейные перекрестные искажения.

6. Отношение оптический сигнал/шум (OSNR, от англ. Optical Signal to Noise Ratio).

7. Отношение электрический сигнал/шум (ESNR, от англ. Optical Signal to Noise Ratio).

8. Допустимый предел отношения оптический сигнал/шум.

9. Допустимый предел отношения электрический сигнал/шум.

10. Общий уровень искажений сигнала в линии.

11. Частота появления ошибочных символов (SER, от англ. Symbol Error Rate).

12. Частота появления ошибочных битов (BER, от англ. Bit Error Rate).

Для определения уровня внутриполосного отношения OSNR путем прямой оценки уровня узкополосной помехи, даже при наличии оптических фильтров в линии, были предложено несколько способов. Эти способы соответствуют используемому поляризационному мультиплексированию и используемым видам когерентной оптической модуляции.

Способ контроля внутриполосного отношения OSNR на основе вынужденного бриллюэновского рассеяния описан заявителем в патенте US 8660426.

Также были предложены и другие способы, основанные на использовании обработки DSP в когерентном приемнике. Например, Z. Dong, А.Р.Т Lau и С. Lu в публикации "Контроль отношения OSNR для систем QPSK и 16-QAM при наличии нелинейностей волокна для цифровых когерентных приемников", Optics Express, том 20, №17, стр. 19520-19534, 2012, описывают способ контроля отношения OSNR, нечувствительный к нелинейностям волокна в цифровых когерентных приемниках, в котором используется введение и калибровка корреляций амплитудных шумов, вызванных нелинейностями волокна, между соседними символами в обычных способах оценки отношения OSNR из распределений принятых сигналов.

В публикации заявки US 20040213338 раскрывается способ контроля оптического канала на основе дискретных измерений аналого-цифрового преобразователя (ADC, от англ. Analog to Digital Converter) перед возможным использованием выравнивающего устройства. Дискретные измерения передаются в блок DSP, который может быть расположен на плате приемника или в удаленном пункте, для контроля по меньшей мере одной характеристики работы канала. Кроме того, в публикации описывается использование информации о решениях по восстановленным данным, поступающей из блока декодера прямой коррекции ошибок (FEC, от англ. Forward Error Correction), для расширения возможностей контроля сигналов, например, путем разделения гистограмм нулей и единиц для расчета раскрыва глазковой диаграммы и гистограмм шумов сигналов. Таким образом, в этом подходе для обеспечения характеристик работы канала необходимо предварительное знание характеристик конкретного используемого блока FEC.

В публикации патента US 8824902 описываются способы оценки качества сигнала в приемнике на протяжении всего тракта от аналого-цифрового преобразователя до процессора DSP или внутри него с использованием схемы извлечения информации, которая может обеспечить данные для средств анализа, определяющих ослабление сигнала или его искажение, например, путем анализа гистограмм восстановленного созвездия, относительно заданного порогового значения. Однако эта публикация не относится к проблеме, которая является объектом настоящего изобретения, а именно, когда для модуляции/демодуляции в канале оптической связи используются неизвестные фирменные технологии. Иначе говоря, восстановленное созвездие получали на основе известных характеристик используемых блоков DSP. Кроме того, анализ гистограмм восстановленного созвездия, как это указано в этой публикации, не предусматривает оценки гистограмм отдельно для каждой точки созвездия, а вместо этого гистограммы диаграммы созвездия рассматриваются как одно целое.

В публикации заявки US 20130236169 раскрываются динамические системы контроля характеристик и соответствующие способы для оптических сетей, которые обеспечивают извлечение данных для контроля функционирования в оптических сетях на основе контроля (путем использования устройства DSP в приемнике) существующих каналов или путем использования измерительного канала с псевдослучайными двоичными последовательностями (PRBS, от англ. Pseudo Random Bit Sequence) перед предоставлением услуги, для оценки функционирования оптического тракта. Контроль функционирования каналов осуществляется в условиях ограничений, накладываемых трафиком в реальном времени. В этом подходе предполагается, что оператор сети осуществляет управление способами модуляции, используемыми в канале, или они ему известны, особенно для измерительного канала, так что можно исходить из потока данных известной последовательности PRBS.

Кроме того, путем компенсации различных искажений оптической линии, таких как CD, PMD и PDL, блок DSP когерентного приемника может обеспечить информацию об уровнях CD, PMD и PDL, которым подвергается оптический сигнал.

Уровень отношения ESNR также может быть рассчитан путем сравнения зашумленных символов (после прохождения ступеней блока DSP перед формированием решения) и символов, по которым приняты решения (после принятия решения и возможной коррекции блоком декодера FEC).

Контроль уровня OSNR сигнала еще недостаточен для контроля допустимого предела отношения OSNR в системе. Физическое ухудшение качества сигнала, обусловленное неидеальностью линии, в частности оптическая мощность, принятая приемником, CD, PMD, PDL и более специфические нелинейные эффекты, могут существенно изменить уровень отношения OSNR, который может быть достигнут для заданной величины BER, и поэтому может вызвать проблемы в оценке допустимого предела отношения OSNR в системе. Способ контроля допустимого предела отношения OSNR в системе, устойчивый к физическому ухудшению сигнала, обусловленному неидеальностью линии, и основанный на оценке допустимого предела отношения ESNR с использованием коэффициента коррекции, был описан заявителем в заявке РСТ, опубликованной под номером WO 2015132776.

Для обеспечения характеристик каналов, полученных из блока DSP реального времени в приемнике, могут использоваться оптические когерентные приемопередатчики (этот подход указывается здесь как потоковая обработка данных), причем основным назначением приемника является восстановление переданных данных на стороне приемника. Блок-схема известного способа контроля СРМ с потоковой обработкой данных, в котором используются блоки DSP и FEC когерентного приемника, приведена на фигуре 1, на которой блоки контроля различных характеристик канала (CD, PMD, PDL, OSNR, допустимые пределы ESNR и OSNR) используют обработку в режиме реального времени принятого сигнала для восстановления переданного потока битов. Однако такой подход, опирающийся на обработку DSP в режиме реального времени, может быть подходящим на конце линии, и он не является эффективным с экономической точке зрения для целей контроля функционирования канала, поскольку в данном случае восстановление данных, передаваемых в реальном времени, не является необходимым. Поэтому стоимость контроля характеристик канала может быть уменьшена путем снижения требований к блоку поточной обработки DSP и использования вместо этого работы в режиме офлайн (с пониженной скоростью обработки по сравнению со скоростью передачи символов в канале) всех или некоторых блоков обработки DSP. В этом случае элементы системы контроля функционирования канала могут быть развернуты в стратегических узлах оптической сети, чтобы осуществлять анализ "здоровья сети" в процессе работы.

Кроме того, желательно, чтобы система контроля функционирования канала на основе обработки DSP была независима от реализации DSP и FEC, используемой производителем конкретного когерентного приемопередатчика, чтобы обеспечивать контроль для большого количества приемопередатчиков разных производителей. Следует иметь в виду, что в некоторых случаях технологии DSP и FEC, которые используются производителями приемопередатчиков, являются служебной информацией, которая не раскрывается производителям сетевых систем и/или операторам этих сетей.

Например, для компенсации шумов фазы оптического сигнала может быть использована технология дифференциального кодирования на стороне передатчика с соответствующей оценкой фазы несущей частоты и компенсацией шумов на стороне приемника (например, с использованием алгоритма Витерби). Информация о схеме дифференциального кодирования может быть неизвестна производителю сетевой системы или оператору этой сети. Если для компенсации шумов фазы оптического сигнала используются пилот-символы, то такая информация, как кодовая группа пилот-символа, служебная информация и период передачи, может быть неизвестна, что затрудняет или делает невозможным для производителя сетевой системы или оператора сети использовать аналогичный алгоритм для получения характеристик работы канала.

Другим примером неизвестной информации может быть конкретная реализация кодера и декодера FEC, что создает большие проблемы для производителя сетевой системы или оператора сети в получении информации по символам, по которым приняты решения после декодирования FEC, для оценки отношения ESNR без использования точного алгоритма FEC.

Поэтому желательно иметь технологию контроля функционирования канала, основанную на агностическом подходе, который может работать в условиях недостатка доступной информации, связанной с конкретными алгоритмами DSP и FEC, используемыми в приемопередатчике. Кроме того, по мере продвижения в направлении виртуализации сетей и к моделям оптических сетей, определяемых программным обеспечением, предпочтительным направлением становится разработка модулей элементов сетей, которые для обеспечения универсальности не ограничиваются конкретными техническими решениями или конкретным производителем.

Таким образом, существует насущная потребность в способе и системе малозатратного контроля функционирования каналов линии оптической связи, которые не требуют знания информации по приемопередатчику.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

Целью настоящего изобретения является создание нового, сравнительно малозатратного, способа контроля функционирования каналов в оптических сетях.

Другой целью изобретения является создание способа, который применим при неполной информации об оптическом канале. Такая неполная информация может, например, содержать один или несколько нижеприведенных параметров:

1. Вид модуляции сигнала в канале или группа возможных видов модуляции;

2. Скорость передачи символов в канале или группа возможных скоростей; и

3. Форма спектра сигнала, передаваемого в канале, или группа возможных форм спектра.

Кроме того, может быть неполная или весьма ограниченная информация о различных способах обработки DSP и коррекции FEC, реализованных производителями приемопередатчиков на стороне передатчика и на стороне приемника. Ограниченная информация о способах обработки DSP и коррекции FEC означает, что можно иметь представление об основных принципах используемых способов без знания особенностей их конкретной реализации. Ниже приведены примеры ограниченной информации о блоках DSP и FEC (может быть известна одна и/или другая информация):

1. Для передачи символов используется или не используется дифференциальное кодирование; и

2. Технические характеристики приемопередатчиков, относящиеся к компенсации различных искажений в линиях с помощью модулей DSP и FEC.

Необходимо понимать, что способ по настоящему изобретению применим ко всем видам когерентной модуляции, например к BPSK (двухпозиционная фазовая манипуляция), М-РАМ (амплитудно-импульсная модуляция), QPSK (четырехпозиционная фазовая манипуляция), M-QAM (квадратурная амплитудная модуляция) и т.п. Кроме того, способ также применим в случаях вариантов вышеуказанных видов модуляции с двойной поляризацией, когда используется одна несущая частота OFDM (мультиплексирование с ортогональным частотным разделением). Это способ также может быть применен к таким видам некогерентной модуляции, как амплитудная манипуляция (ООК), некогерентная М-РАМ, DPSK (дифференциальная фазовая манипуляция), DQPSK (дифференциальная квадратурная фазовая манипуляция) и т.п., поскольку сигналы с некогерентной модуляцией также могут детектироваться при использовании синхронного приемника.

Другие цели настоящего изобретения станут очевидными из дальнейшего описания.

В настоящем изобретении предлагается система оптической связи, содержащая:

оптический передатчик, сконфигурированный для передачи оптического сигнала по меньшей мере по одному оптическому каналу;

оптический приемник, сконфигурированный для приема оптического сигнала, передаваемого по указанному по меньшей мере по одному оптическому каналу;

один или несколько преобразователей, соединенных с оптическим приемником, для преобразования принятого сигнала в оцифрованные дискретные измерения;

первое устройство цифровой обработки сигналов (DSP), соединенное с одним или с несколькими преобразователями и сконфигурированное для обработки в режиме реального времени по меньшей мере одного оцифрованного дискретного измерения, причем обработка в режиме реального времени включает по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений;

запоминающее устройство, сконфигурированное для записи в него по меньшей частично восстановленных оцифрованных дискретных измерений;

второе устройство DSP, соединенное с оптическим приемником и/или с запоминающим устройством и сконфигурированное для обработки в режиме офлайн оцифрованных дискретных измерений оптического сигнала и/или записанных частично восстановленных оцифрованных дискретных измерений;

причем обработка в режиме офлайн включает:

использование принятых дискретных измерений для получения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использование полученной информации для оценки величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью;

причем оценку величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляют в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

Фраза "предварительная информация о виде модуляции сигнала, передаваемого по оптическому каналу", как она используется в описании и в формуле изобретения, должна пониматься, как указание информации, которая относится к виду модуляции, к скорости передачи символов в канале, к конкретной реализации вида модуляции в передатчике (дифференциальное кодирование, метод пилот-символов, кодирование для FEC и т.п.), а также конкретная реализация тракта DSP в оптическом приемнике.

Необходимо понимать, что в том случае, когда вид модуляции неизвестен, то в соответствии с настоящим изобретением известна по меньшей мере группа возможных видов модуляции. Аналогичным образом, если неизвестна скорость передачи символов, то по меньшей мере известна группа возможных скоростей передачи символов.

Иначе говоря, решение, предлагаемое в настоящем изобретении, обеспечивает возможность восстановления зашумленной диаграммы созвездия для оптического канала с использованием обработки DSP "вслепую" (то есть, в отсутствие какой-либо информации о том, какие биты или символы использовались для передачи оптического сигнала). Такой подход обработки DSP вслепую является агностическим по отношению к реальному применению блоков DSP и FEC, реализованному конкретным производителем приемопередатчика, на стороне оптического передатчика, а также на стороне оптического приемника.

В другом варианте указанное по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений осуществляется первым устройством DSP в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

Еще в одном варианте указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются (например, после восстановления зашумленного созвездия вслепую) в отсутствие предварительной информации (то есть, без предварительной информации, полученной перед восстановлением зашумленной диаграммы созвездия, и без последующей информации) о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

Еще в одном варианте по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются вслепую (то есть, в отсутствие какой-либо информации о том, какие биты или символы использовались при передаче оптического сигнала).

В другом варианте первое устройство DSP также обеспечивает компенсацию по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом, по которому передается оптический сигнал.

Еще в одном варианте первое устройство DSP также обеспечивает оценку величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал, после компенсации, обеспечиваемой для указанного по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом.

Еще в одном варианте первое устройство DSP установлено в оптическом приемнике, а второе устройство DSP расположено отдельно от первого устройства DSP (например, на другой электронной плате одного и того же корпуса). В другом варианте первое устройство DSP установлено в оптическом приемнике, а второе устройство DSP расположено на удалении, в другом географическом пункте.

Еще в одном варианте указанную по меньшей одну характеристику работы оптического канала, относящуюся к указанному по меньшей мере одному оптическому каналу, выбирают из группы, состоящей из: вида модуляции, скорости передачи символов, формы спектра и их сочетаний.

В соответствии с другим вариантом указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала включает одну или несколько из следующих величин: отношение оптический сигнал/шум (OSNR), отношение электрический сигнал/шум (ESNR), допустимый предел OSNR в системе, допустимый предел ESNR в системе, суммарная величина искажений в линии, суммарная хроматическая дисперсия (ACD), дисперсия поляризационной моды (PMD), поляризационные потери (PDL), частота появления ошибочных битов (BER) перед коррекцией FEC.

В настоящем изобретении также предлагается способ осуществления контроля функционирования канала в системе оптической связи, включающий:

прием оптического сигнала;

получение оцифрованных дискретных измерений, связанных с оптическим сигналом;

запись оцифрованных дискретных измерений;

осуществление обработки в режиме офлайн записанных дискретных измерений, которая включает:

использование оцифрованных дискретных измерений для определения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использование полученной информации для оценки величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью;

причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

В другом варианте способа указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

В другом варианте способа указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о битах, используемых при передаче оптического сигнала.

Еще в одном варианте способ включает также компенсацию по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом, по которому передается оптический сигнал.

Еще в одном варианте способ включает также оценку величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал, после компенсации, обеспечиваемой для указанного по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом.

В другом варианте способ также включает:

осуществление обработки в режиме реального времени по меньшей мере части принятого оптического сигнала, причем обработка в режиме реального времени включает по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений.

В соответствии с другим вариантом указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала включает одну или несколько из следующих величин: отношение оптический сигнал/шум (OSNR), отношение электрический сигнал/шум (ESNR), допустимый предел OSNR в системе, допустимый предел ESNR в системе, суммарная величина искажений в линии, суммарная хроматическая дисперсия (ACD), дисперсия поляризационной моды (PMD), поляризационные потери (PDL), частота появления ошибочных битов (BER) перед коррекцией FEC.

В настоящем изобретении также предлагается аппарат, сконфигурированный для обеспечения в режиме офлайн контроля функционирования, который содержит устройство цифровой обработки сигналов (DSP), сконфигурированное для:

обращения к запоминающему устройству для выборки записанных дискретных измерений оптического сигнала;

использования выбранных дискретных измерений для получения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использования полученной информации для оценки по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью;

причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

В другом варианте осуществления аппарата указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

Еще в одном варианте осуществления аппарата указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о битах, используемых при передаче оптического сигнала.

Еще в одном варианте осуществления аппарата записанные дискретные измерения по меньшей частично восстанавливаются другим устройством DSP, сконфигурированным для обработки в режиме реального времени.

В соответствии с другим вариантом указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала включает одну или несколько из следующих величин: отношение оптический сигнал/шум (OSNR), отношение электрический сигнал/шум (ESNR), допустимый предел OSNR в системе, допустимый предел ESNR в системе, суммарная величина искажений в линии, суммарная хроматическая дисперсия (ACD), дисперсия поляризационной моды (PMD), поляризационные потери (PDL), частота появления ошибочных битов (BER) перед коррекцией FEC.

КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ

Для более полного понимания настоящего изобретения ниже приводится подробное описание со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых показано:

фигура 1 - блок-схема системы контроля СРМ, которая содержит когерентный приемник с линейными блоками DSP и декодера FEC;

фигура 2 - блок-схема одного из вариантов осуществления изобретения, в котором система контроля СРМ содержит входной каскад когерентного оптического приемника, из которого сигналы поступают в блоки преобразователей ADC и далее в запоминающее устройство и в блок обработки DSP, работающий в режиме офлайн, для определения характеристик работы канала;

фигура 3 - блок-схема одного из вариантов блока обработки DSP по настоящему изобретению и определения характеристик работы канала;

фигура 4 - блок-схема алгоритма по настоящему изобретению для определения величин ESNR и BER на основе анализа диаграммы созвездия, восстановленной "вслепую";

фигуры 5A-5D - иллюстрации результатов определения величин ESNR и BER для сигнала DP-QPSK с использованием анализа диаграммы созвездия, восстановленной "вслепую";

фигура 6 - блок-схема другого варианта блока обработки DSP по настоящему изобретению с определением характеристик работы канала в том случае, когда неизвестен вид модуляции, используемой в канале;

фигура 7 - блок-схема еще одного варианта блока обработки DSP по настоящему изобретению с определением характеристик работы канала в том случае, когда неизвестна скорость передачи символов, используемая в канале;

фигура 8 - блок-схема еще одного варианта блока обработки DSP по настоящему изобретению с определением характеристик работы канала в том случае, когда неизвестны скорость передачи символов и вид модуляции, используемые в канале;

фигура 9 - блок-схема другого варианта осуществления изобретения, в котором система контроля СРМ содержит входной каскад когерентного оптического приемника, из которого сигналы поступают в блоки аналого-цифровых преобразователей, в линейный блок обработки DSP и далее в запоминающее устройство и в блок обработки DSP, работающий в режиме офлайн, причем оба блока обработки DSP обеспечивают определение характеристик работы канала.

фигура 10 - блок-схема другого варианта осуществления изобретения, в котором система контроля СРМ содержит два отдельных блока: первый блок, содержащий входной каскад когерентного оптического приемника, из которого сигналы поступают в блоки преобразователей ADC, далее в запоминающее устройство и в передатчик данных, сконфигурированный для передачи дискретных измерений сигнала во второй удаленный блок, который содержит приемник данных и блок обработки DSP, работающий в режиме офлайн, для обеспечения определения характеристик работы канала;

фигура 11 - блок-схема другого варианта осуществления изобретения, в котором система СРМ содержит два отдельных блока: первый блок, содержащий входной каскад когерентного оптического приемника, из которого сигналы поступают в блоки преобразователей ADC, линейный блок обработки DSP, далее в запоминающее устройство и в передатчик данных, сконфигурированный для передачи дискретных измерений сигнала во второй удаленный блок, который содержит приемник данных и блок обработки DSP, работающий в режиме офлайн. Причем оба блока обработки DSP используются для обеспечения определения характеристик работы канала.

ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

В настоящем описании указание "содержащий" имеет расширенное значение, так что при указании того, что первый элемент содержит второй элемент, этот первый элемент может также содержать один или несколько других элементов, которые необязательно указаны или рассмотрены в описании, или определены в пунктах формулы изобретения. Для целей подробного описания приведены различные конкретные детали, чтобы обеспечить всестороннее понимание настоящего изобретения. Однако будет ясно, что настоящее изобретение может быть осуществлено на практике и без таких конкретных деталей.

Как уже указывалось, на фигуре 1 приведена блок-схема известной системы контроля СРМ, которая основывается на использовании приемной части когерентного приемопередатчика, содержащей содержит когерентный оптический входной каскад с линейным блоком обработки DSP и линейным блоком декодера FEC, которые обеспечивают определение характеристик канала, осуществляемое непосредственно в процессе передачи данных (в режиме реального времени).

После передачи по линии оптической сети оптический сигнал приходит в конечную точку и направляется в когерентный приемник. Перед когерентным детектированием оптический сигнал может быть дополнительно профильтрован с помощью оптического фильтра, или же детектирование может осуществляться без пропускания сигнала через оптический фильтр. В последнем случае все оптические сигналы, передаваемые по каналам волокна, направляются в оптический приемник. Детектирование без фильтрации на вносит искажений, поскольку оно заключается в точном задании частоты местного генератора (LO, от англ. Local Oscillator), определяющего канал, когерентное детектирование которого осуществляется. После преобразования оптического сигнала в электрический с помощью входного каскада когерентного оптического приемника (например, с использованием смешивания сигнала местного генератора и входящего сигнала канала и четырех балансных фотодетекторов) сигнал преобразуется в цифровую форму с использованием четырех высокоскоростных преобразователей ADC и направляется в устройство (блок) обработки DSP для компенсации искажений, вызванных волокном, таких как суммарная CD, поляризационные перекрестные искажения, PMD, PDL и т.п. Кроме того, также может быть выполнена цифровая компенсация ухода несущей частоты и фазового шума оптического сигнала. Алгоритмы компенсации указанных искажений могут также обеспечивать характеристики работы канала, такие как величины суммарной CD, PMD, PDL и OSNR. После применения этих алгоритмов компенсации искажений осуществляется восстановление зашумленных символов, и принимаются решения по символам и битам с использованием программных и аппаратных средств. Отношение ESNR определяется путем измерения отношения средней мощности символа к средней мощности шума символа. Мощность шума символа определяют путем сравнения зашумленного символа перед принятием решения аппаратными или программными средствами и символа, решение по которому принято, с выхода декодера FEC. Кроме того, блок декодера FEC способен обеспечивать оценку величину BER перед осуществлением коррекции FEC. На основе параметров OSNR и ESNR можно оценить допустимый предел отношения OSNR в системе и общий уровень искажений в линии с использованием способа и систем, описанных, например, в заявке РСТ заявителя, опубликованной под номером WO 2015132776.

Однако такой подход, который основывается на работе блоков обработки DSP и коррекции FEC в режиме реального времени, может подходить для использования в конечном узле линии, однако он не является экономически эффективным решением исключительно для целей контроля функционирования канала. Дело в том, что в этом случае восстановление переданных данных в режиме реального времени не является необходимым. Поэтому стоимость системы контроля характеристик работы канала может быть снижена, как это предлагается в настоящем изобретении, путем ослабления требований, связанных с линейным блоком обработки DSP, и осуществления обработки во всех или в части функциональных частей блока обработки DSP в режиме офлайн, возможно, со скоростью обработки, которая ниже скорости передачи символов в канале, Такое снижение стоимости обеспечивает возможность развертывания элементов системы контроля функционирования канала в стратегических узлах оптической сети, чтобы осуществлять анализ "здоровья сети" в процессе работы.

На фигуре 2 приведена блок-схема одного из вариантов способа контроля СРМ, в котором осуществляется обработка в режиме офлайн некоторых записанных дискретных измерений детектированного оптического сигнала. После прохождения через некоторые сегменты оптической линии часть сигнала, переданного по каналу оптической связи, отводится и направляется во входной каскад когерентного оптического приемника. Преобразование этого оптического сигнала в электрический сигнал может быть осуществлено с его предварительной фильтрацией или без фильтрации. Затем детектированные сигналы с выходов четырех портов оптического балансного приемника усиливаются и переводятся в цифровой формат с использованием четырех высокоскоростных преобразователей ADC. Преобразователи ADC могут работать в прерывистом режиме. Они могут включаться управляющим сигналом, например, при запросе контроля функционирования канала системой управления сетью. Частоту выборки преобразователей ADC устанавливают в соответствии со скоростью передачи символов в контролируемом канале. Она может быть выбрана равной или превышающей частоту выборки Найквиста (в два раза выше частоты передачи символов) или немного ниже частоты Найквиста. Затем выбранные данные записываются в запоминающем устройстве, когда процесс записи в запоминающее устройство разрешается управляющим сигналом. Объем записанных данных будет зависеть от количества символов, подлежащих восстановлению, для обеспечения возможности определения характеристик работы канала и от уровня квантования преобразователей ADC. Например, в случае частоты выборки 60×10⁹ выборок/с с 8-битовым преобразователем для сохранения 100'000 символов, передаваемых с частотой 30 Гбод необходимо будет иметь объем запоминающего устройства по меньшей мере 400 Мбайт. Затем другой управляющий сигнал включает загрузку записанных дискретных измерений в блок обработки DSP, работающий в режиме офлайн, который определяет характеристики работы канала путем восстановления зашумленной диаграммы созвездия для этих измерений. Следует отметить, что поскольку обработка осуществляется в режиме офлайн, ее скорость может быть существенно ниже скорости передачи символов в канале. Кроме того, в способе контроля СРМ нет необходимости в декодере FEC для получения таких характеристик работы канала, как ESNR и BER перед осуществлением коррекции FEC. Полученные характеристики могут быть переданы в элемент управления сетью для анализа качества канала и/или для принятия других/дополнительных мер, если это необходимо.

Кроме того, желательно, чтобы контроль функционирования канала на основе обработки DSP был независим от реализации DSP и FEC, используемых производителем конкретного когерентного приемопередатчика, чтобы обеспечивать работу для большого количества приемопередатчиков, изготовленных разными производителями, поскольку во многих случаях способы DSP и FEC, используемые производителями приемопередатчиков, являются конфиденциальной информацией, которая не раскрывается производителям сетевых систем или операторам сетей.

Например, для компенсации шумов фазы оптического сигнала может быть использована технология дифференциального кодирования на стороне передатчика с соответствующей оценкой фазы и компенсацией на стороне приемника (например, с использованием алгоритма Витерби). Информация о схеме дифференциального кодирования может быть неизвестна производителю сетевой системы или оператору этой сети. Если для компенсации шумов фазы оптического сигнала используются пилот-символы, то такая информация, как кодовая группа пилот-символа, служебная информация и период передачи может быть неизвестна, что затрудняет для производителя сетевой системы или оператора сети использование аналогичного алгоритма для получения характеристик работы канала.

Другим примером нераскрытой информации может быть конкретная реализация кодера и декодера FEC, что создает большие проблемы для производителя сетевой системы или оператора сети в получении информации по символам, по которым приняты решения после декодирования FEC, для оценки отношения ESNR.

Эти проблемы побудили авторов разработать технологию контроля функционирования канала, основанную на агностическом подходе, который может работать в условиях недостатка доступной информации, связанной с конкретными алгоритмами DSP и FEC, используемыми в приемопередатчиках. Кроме того, по мере продвижения в направлении виртуализации сетей и к моделям оптических сетей, определяемым программным обеспечением, предпочтительным направлением становится разработка модулей элементов сетей, которые для обеспечения универсальности не ограничиваются конкретными техническими решениями или конкретным производителем. Агностические устройства контроля функционирования канала относятся к этому типу универсальных сетевых элементов.

На фигуре 3 показана блок-схема блока обработки DSP, сконфигурированного для использования в одном из вариантов системы контроля СРМ по настоящему изобретению. Блок DSP обеспечивает возможность восстановления зашумленной диаграммы созвездия для контролируемого канала "вслепую" (то есть, без необходимости знания настроечной последовательности, пилот-символов или символов, по которым приняты решения, в приемнике). В известных технических решениях используются самые разные подходы обработки DSP для приближенной оценки и компенсации суммарной CD, которые восстанавливают поляризационные компоненты сигнала, компенсируют CD, PMD и PDL и оценивают их остаточные величины. Например, алгоритм постоянного модуля (СМА, от англ. Constant Modulus Algorithm) для модуляции QPSK или алгоритм множественных модулей (ММА, от англ. Multiple Modulus Algorithm) для модуляции QAM и действия вслепую по восстановлению несущей для компенсации ухода частоты и шума фазы (например, поиск фазы вслепую, алгоритм Витерби для модуляции QPSK и его разновидность для разных видов модуляции QAM). Алгоритмы компенсации искажений вслепую также обеспечивают характеристики работы канала, такие как суммарная CD, PMD, PDL, допустимые пределы отношений OSNR, ESNR, OSNR и уровни искажений в линии. Термин "общий уровень искажений в линии", используемый по всему описанию и в формуле, необходимо понимать как суммарный уровень искажений в линии, которые не компенсируются обработкой DSP, такие как нелинейные искажения, перекрестные искажения в канале, сужение спектра частот в канале, остаточная (нескомпенсированная) величина CD, остаточная (нескомпенсированная) величина PMD, остаточная (нескомпенсированная) величина PDL и т.п. Зашумленные символы восстанавливаются после применения всех этих алгоритмов компенсации искажений. Необходимо отметить, что поскольку для реализации способа СРМ нет необходимости в блоке декодера FEC, то оценка уровня ESNR и уровня BER перед коррекцией FEC осуществляется путем анализа вслепую диаграммы созвездия модуляции без необходимости знания символов, по которым приняты решения, или битов после декодера FEC.

На фигуре 4 приведена блок-схема алгоритма, которая содержит различные стадии, необходимые для оценки отношений ESNR и BER на основе анализа вслепую восстановленной диаграммы созвездия. При оценке отношения ESNR без использования декодера FEC в блоке контроля СРМ не может быть известен символ, по которому принято решение. Поэтому мощность шума оценивают путем определения функции распределения вероятности (pdf, от англ. probability distribution function) каждого зашумленного символа диаграммы созвездия (например, в случае модуляции DP-QPSK осуществляется определение четырех pdf четырех возможных символов для этой модуляции для каждого поляризационного компонента сигнала). Функции pdf восстановленных зашумленных символов можно определить с использованием статистических методов на основе знания зашумленной восстановленной диаграммы созвездия (для обоих ортогональных поляризационных компонентов, если используется поляризационное мультиплексирование), полученной после прохождения детектированных измерений сигнала в канале через тракт блока обработки DSP.

В качестве такого статистического способа может использоваться, например, алгоритм максимизации правдоподобия (ЕМ, от англ. Expectation and Maximization) применяемой к совокупности многомерных подобранных функций распределения. В качестве основных подобранных функций распределения можно указать, например, функции Гаусса, Релея, Райса, Лоренца или хи-квадрат. Подобранные функции pdf могут быть выбраны произвольно или путем оптимизации на основе полученных зашумленных диаграмм восстановленных созвездий и допущений, относящихся к ограничениям линии передачи сигналов (таким как усиленный спонтанный шум, нелинейные эффекты, шум фазы оптического сигнала, перекрестные искажения в канале).

Представим диаграмму созвездия для заданной модуляции с М символами поляризационной компоненты х, причем векторное представление в n-мерном векторном пространстве сигнала описывается выражением

Пусть - это векторная случайная переменная в n-мерном векторном пространстве сигнала, представляющая принятый восстановленный сигнал.

Многомерную функцию pdf полной восстановленной диаграммы созвездия, , получают из многомерных гистограмм восстановленной зашумленной диаграммы созвездия. Для каждого символа диаграммы созвездия функция pdf символа описывается выражением . Поэтому получаем, что функция pdf полной диаграммы созвездия описывается выражением:

Где - вероятность передачи символа с поляризацией по оси х.

Оптимизированное количество N_d,i основных функций распределения определяют на основе распределения .

Поэтому , где и - j-я аппроксимация плотности распределения вероятностей, которая используется для описания функции pdf символа с поляризацией х. Таким образом, получаем другое выражение для функции pdf полной диаграммы созвездия:

где и .

Статистический способ, позволяющий оценить для каждого символа с поляризацией по оси х, обеспечивает полные характеристики и веса Например, в случае использования многомерных Гауссовых распределений в качестве подобранных функций pdf статистический способ обеспечивает каждую такую функцию средний вектор, ковариационную матрицу и веса .

После определения функций pdf всех символов можно получить величины SER, BER перед _{выполнением} коррекции FEC и ESNR для канала для каждой компоненты поляризации. Величина SER_x/y для компонент х или у поляризации описывается выражением:

Если является условной вероятностью ошибки символа, когда символ передается с поляризацией по оси х или у, то она выражается как:

где - область решений для символа .

Величину BER_x/y перед выполнением коррекции FEC получают из SER_x/y в соответствии с известной информацией об используемых принципах отображения символов, и при этом необязательно иметь информацию о точной схеме отображения символов. Например, когда для преодоления проблем, связанных с проскальзыванием цикла после восстановления фазы несущей частоты, используется дифференциальное кодирование, известно, что используемое отображение символов должно представлять инвариантность некоторых битов в кодовой группе символа пре переходе к повороту на постоянный угол. Если дифференциальное кодирование не используется, то может использоваться кодирование Грея.

Величина ESNR_x/y для поляризации сигнала по оси х или у может быть записана следующим образом:

где - средняя энергия символа, - средняя энергия вектора ошибки, и - среднеквадратичное расстояние восстановленных зашумленных символов от символа , в предположении, что символ передан с поляризацией по оси х или у. N_i,х/y определяется с использованием :

где - предельная функция pdf

Средние величины SER, BER перед выполнением коррекции FEC и ESNR получают усреднением вычисленных величин SER_x/y, BER_x/y перед выполнением коррекции FEC и ESNR_x/y, соответственно, под двум компонентам поляризации.

После определения отношения ESNR можно также определить допустимый предел OSNR в системе и полную величину искажений в линии с использованием, например, алгоритмов, раскрытых заявителем в заявке РСТ, опубликованной под номером WO 2015132776.

На фигурах 5A-5D иллюстрируются результаты определения величин ESNR и BER для сигнала частотой 120 Гбит/с с модуляцией DP-QPSK с использованием способа восстановленной вслепую диаграммы созвездия и ее анализа вслепую. Пусть канал, в котором сигнал передается с частотой 120 Гбит/с с использованием модуляции DP-QPSK и дифференциального кодирования, имеет длину 100 км и реализован физически на стандартном одномодовом волокне. На фигуре 5А представлена восстановленная зашумленная диаграмма созвездия (на х-компоненте поляризации) канала после прохождения сигнала через различные стадии цифровой обработки для компенсации CD, вращения плоскости поляризации, PMD, ухода частоты PDL и шума фазы несущей частоты. В диаграмме созвездия представлены 16384 зашумленных символов. В связи с детектированным оптическим шумом и дифференциальным декодированием, выполняемым программными средствами приемника, распределения зашумленных символов представляют собой коррелированные неизотропные характеристики. С использованием метода Монте-Карло было получено, что отношение BER перед выполнением коррекции FEC равно 3,93×10^-3 и ESNR=9,24 дБ. Оценки отношения BER перед выполнением коррекции FEC и ESNR на основе восстановленной зашумленной диаграммы созвездия и с использованием алгоритма максимизации правдоподобия с двумерными Гауссовыми распределениями в качестве подобранных функций pdf представлены в ниже в Таблице 1, где количество N_d подобранных функций pdf на один символ варьируется от 1 до 3.

На фигурах 5 В, 5 С и 5D изолиниями показаны уровни оценок функций pdf на исходной зашумленной диаграмме созвездия, когда количество N_d подобранных функций pdf на один символ варьируется от 1 до 3. Можно видеть, что одной подобранной функции на один символ совсем недостаточно для корректной оценки отношения BER перед выполнением коррекции FEC, хотя для оценки отношения ESNR этого вполне достаточно. В рассматриваемом примере для получения удовлетворительных оценок отношения BER перед выполнением коррекции FEC необходимо использовать три подобранные функции на один символ.

На фигуре 6 приведена блок-схема другого варианта блока обработки DSP по настоящему изобретению и определения характеристик работы канала в том случае, когда вид модуляции, используемой в канале, неизвестен. Предполагается, что вид модуляции, используемой в канале, может быть выбран из группы известных видов модуляции, однако текущий вид модуляции неизвестен. В рассматриваемом варианте дискретные измерения сигнала могут быть пропущены через алгоритмы обработки DSP вслепую, которые не зависят от используемого вида модуляции. Компенсация фазового сдвига, компенсация дисбаланса IQ, повторная дискретизация, приближенная компенсация CD и восстановление синхронизации, а также стадия интерполяции могут быть выполнены без знания конкретного вида модуляции, используемого в контролируемом канале. Некоторые алгоритмы анализа вслепую могут требовать знания вида модуляции. Например, алгоритм СМ А подходит для модуляции QPSK, в то время как алгоритм ММА с тремя радиусами подходит для модуляции 16-QAM (прямоугольное созвездие). После пропускания через стадии алгоритма DSP-обработки вслепую, которые не зависят от вида модуляции, дискретные измерения символов направляются в группу субблоков обработки DSP вслепую, которые определяются созвездием, причем каждый субблок оптимизирован для одного из видов модуляции, входящего в группу видов модуляции, которые подходят для данного канала. На фигуре 6 представлен пример осуществления изобретения в случае выбора двух возможных видов модуляции, однако как будет понятно специалистам, он может быть расширен на большее количество видов модуляции путем добавления других субблоков в группу субблоков обработки DSP вслепую, которые определяются созвездием. Затем для каждого субблока получают оценки характеристик работы канала, таких как отношения OSNR, ESNR, BER перед выполнением коррекции FEC, допустимый предел OSNR и суммарные искажения в линии. Будет выбран субблок, который обеспечит наилучшую восстановленную диаграмму созвездия, и будет выбрана вычисленная характеристика работы канала, полученная из выбранного субблока. Критерием, который может использоваться для выбора наилучшей восстановленной диаграммы созвездия, может быть, например, уровень вычисленного отношения ESNR. Кроме того, информация о виде модуляции сигнала в канале может быть передана в систему управления сетью.

На фигуре 7 приведена блок-схема другого варианта блока DSP по настоящему изобретению и определения характеристик работы канала в том случае, когда неизвестна скорость передачи символов для вида модуляции, используемой в канале. Предполагается, что скорость передачи символов для вида модуляции, используемой в канале, может быть выбрана из группы известных скоростей передачи символов, однако текущая скорость для этого вида модуляции неизвестна. В рассматриваемом варианте дискретные измерения сигнала могут быть пропущены через алгоритмы обработки DSP вслепую, которые не зависят от скорости передачи символов в канале. Например, компенсация фазового сдвига, компенсация дисбаланса IQ и приближенная компенсация CD могут быть выполнены без знания конкретной скорости передачи символов для вида модуляции, используемого в контролируемом канале. Может быть выбрана стадия повторной дискретизации, оптимизированная для максимально возможной скорости передачи символов. Некоторые алгоритмы обработки вслепую могут требовать знания скорости передачи символов. Например, знания скорости передачи символов требуют операции восстановления синхронизации и интерполяции, адаптивного выравнивания для восстановления поляризации, компенсации PMD и PDL, а также компенсация ухода частоты. После пропускания через стадии алгоритма обработки DSP вслепую, которые не зависят от скорости передачи символов, дискретные измерения символов направляются в группу субблоков обработки DSP вслепую, которые определяются скоростью передачи символов, причем каждый субблок оптимизирован для одной из скоростей, входящей в группу скоростей передачи символов, возможных для данного канала. На фигуре 7 представлен пример осуществления изобретения в случае выбора двух возможных скоростей передачи символов, однако как будет понятно специалистам, он может быть расширен на большее количество скоростей путем добавления других субблоков в группу субблоков обработки DSP вслепую, которые определяются скоростью передачи символов. Затем для каждого субблока получают оценки характеристик работы канала, таких как отношения OSNR, ESNR, BER перед выполнением коррекции FEC, допустимый предел OSNR и суммарные искажения в линии. Будет выбран субблок, который обеспечит наилучшую восстановленную диаграмму созвездия, и будет выбрана вычисленная характеристика работы канала, полученная из выбранного субблока. Критерием, который может использоваться для выбора наилучшей восстановленной диаграммы созвездия, может быть, например, уровень вычисленного отношения ESNR. Кроме того, информация о скорости передачи символов в канале может быть передана в элемент управления сетью.

На фигуре 8 приведена блок-схема еще одного варианта блока DSP по настоящему изобретению и определения характеристик работы канала в том случае, когда ни вид модуляции, ни скорость передачи символов в канале, неизвестны. Предполагается, что скорость передачи символов и вид модуляции в канале, могут быть выбраны из группы известных скоростей передачи символов и видов модуляции, однако текущая скорость и вид модуляции неизвестны. В рассматриваемом варианте дискретные измерения сигнала могут быть пропущены через алгоритмы обработки DSP вслепую, которые не зависят от скорости передачи символов и от вида модуляции в канале. Например, компенсация фазового сдвига, компенсация дисбаланса IQ и приближенная компенсация CD могут быть выполнены без знания конкретной скорости передачи символов и вида модуляции, используемых в контролируемом канале. Может быть выбрана повторная дискретизация, оптимизированная для максимально возможной скорости передачи символов.

После пропускания через стадии алгоритма обработки DSP вслепую, которые не зависят от скорости передачи символов и от вида модуляции, дискретные измерения символов направляются в группу субблоков обработки DSP вслепую, которые зависят от скорости передачи символов, причем каждый субблок оптимизирован для одной из скоростей, входящей в группу скоростей передачи символов, возможных для данного канала. В каждом субблоке, определяемом скоростью передачи символов, используются субблоки обработки DSP вслепую, определяемые видом модуляции, которые обеспечивают оценки характеристик работы канала в соответствии с заданной скоростью передачи символов и видом модуляции. На фигуре 8 представлен пример осуществления изобретения в случае выбора двух возможных скоростей передачи символов и трех возможных видов модуляции для каждой скорости. Однако этот пример может быть расширен на большее количество скоростей передачи символов и видов модуляции путем добавления в группу субблоков обработки DSP вслепую других субблоков обработки DSP вслепую, определяемых скоростью передачи символов, и субблоков обработки DSP вслепую, определяемых видом модуляции, в каждый субблок обработки DSP вслепую, определяемый скоростью передачи символов. Затем для каждого субблока получают оценки характеристик работы канала, таких как отношения OSNR, ESNR, BER перед выполнением коррекции FEC, допустимые пределы OSNR, суммарные искажения в линии. Будет выбран субблок, который обеспечит наилучшую восстановленную диаграмму созвездия, и будет выбрана вычисленная характеристика работы канала, полученная из выбранного субблока. Критерием, который может использоваться для выбора наилучшей восстановленной диаграммы созвездия, может быть, например, уровень вычисленного отношения ESNR. Кроме того, информация о скорости передачи символов и виде модуляции сигнала в канале может быть передана в систему/элемент управления сетью.

На фигуре 9 приведена блок-схема еще одного варианта способа СРМ по настоящему изобретению, в котором осуществляется обработка в режиме реального времени и в режиме офлайн некоторых записанных дискретных измерений детектированного оптического сигнала. В этом варианте оцифрованные дискретные измерения сначала передаются в линейный блок обработки DSP, работающий в режиме реального времени, который выполняет некоторые операции по восстановлению созвездия. Эти операции могут быть связаны с компенсацией некоторых искажений, возникающих в результате неидеальности процессов детектирования, например, с компенсацией сдвига по фазе, компенсацией дисбаланса IQ, восстановлением тактовой синхронизации и интерполяцией. Дополнительно линейный блок DSP может также использоваться для компенсации некоторых искажений линии, например, для компенсации суммарной CD, восстановления поляризации, компенсации PMD и PDL. Этот процесс компенсации также будет обеспечивать оценки соответствующих характеристик работы канала. Частично восстановленные дискретные измерения сигнала записываются в запоминающее устройство в соответствии с управляющим сигналом на запись, передаваемым в запоминающее устройство. Затем другой управляющий сигнал обеспечивает загрузку записанных дискретных измерений в блок DSP, работающий в режиме офлайн, который осуществляет компенсацию остальных искажений и выполняет оценку остальных характеристик работы канала путем восстановления зашумленной диаграммы созвездия записанных дискретных измерений. Как и в предыдущих случаях, поскольку обработка осуществляется в режиме офлайн, ее скорость может быть существенно ниже скорости передачи символов в канале. Полученные характеристики могут быть переданы в систему/элемент управления сетью для анализа качества канала и/или для принятия дополнительных мер, если это необходимо.

На фигуре 10 приведена блок-схема другого варианта осуществления способа по настоящему изобретению, в котором устройство контроля функционирования канала четко разделено на две части. В первой части сигналы, передаваемые по контролируемому каналу, направляются во входной каскад когерентного оптического приемника. Преобразование этих оптических сигналов в электрические сигналы может быть осуществлено с предварительной фильтрацией сигналов или без фильтрации. Затем детектированные сигналы с выходов четырех портов оптического балансного приемника усиливаются и переводятся в цифровой формат с использованием четырех высокоскоростных преобразователей ADC. Преобразователи ADC могут работать в прерывистом режиме. Они могут включаться управляющим сигналом, например, при запросе контроля функционирования канала системой управления сетью. Затем дискретные измерения сигналов записываются в запоминающем устройстве, когда процесс записи в запоминающее устройство разрешается управляющим сигналом. Затем другой управляющий сигнал обеспечивает загрузку дискретных измерений сигналов в передатчик данных, который обеспечивает возможность передачи записанных дискретных измерений во вторую часть устройства контроля функционирования канала. Вторая часть устройства контроля функционирования канала может быть расположена в другом месте. Это может быть другая плата, встроенная в корпус аппаратного комплекса этого же сетевого элемента. В этом случае связь между двумя платами может осуществляться с использованием протокола передачи данных по внутренней магистрали (backplane transmission protocol). В другом варианте вторая часть устройства СРМ может быть расположена в удаленном пункте, например, на другом сетевом узле, для централизованной обработки данных по нескольким контролируемым каналам оптической сети. Во втором случае связь между двумя частями устройства СРМ может осуществляться с использованием протокола передачи данных в сети, например, по контрольному каналу оптической сети. Вторая часть устройства СРМ содержит приемник данных, в который поступают дискретные измерения сигналов, переданные первой частью устройства СРМ. Полученные дискретные измерения сигналов загружаются в блок DSP, работающий в режиме офлайн, который определяет характеристики работы канала путем восстановления зашумленной диаграммы созвездия для этих измерений.

На фигуре 11 приведена блок-схема другого варианта осуществления способа по настоящему изобретению, в котором устройство контроля характеристик канала четко разделено на две части. В первой части сигналы, передаваемые по контролируемому каналу, направляются во входной каскад когерентного оптического приемника. Преобразование этих оптических сигналов в электрические сигналы может быть осуществлено с предварительной фильтрацией сигналов или без фильтрации. Затем детектированные сигналы с выходов четырех портов оптического балансного приемника усиливаются и переводятся в цифровой формат с использованием четырех высокоскоростных преобразователей ADC, которые могут работать в прерывистом режиме. Они могут включаться управляющим сигналом, например, при запросе контроля функционирования канала системой управления сетью. В рассматриваемом варианте оцифрованные дискретные измерения сначала передаются в линейный блок DSP, который выполняет некоторые операции по восстановлению созвездия в режиме реального времени. Эти операции могут быть связаны с компенсацией некоторых искажений, возникающих в результате неидеальности процессов детектирования, например, с компенсацией сдвига по фазе, компенсацией дисбаланса IQ, восстановлением тактовой синхронизации и интерполяцией. Дополнительно линейный блок DSP может также использоваться для компенсации некоторых искажений линии, например, для компенсации суммарной CD, восстановления поляризации, компенсации PMD и PDL. Этот процесс компенсации также будет обеспечивать оценки соответствующих характеристик работы канала. Частично восстановленные дискретные измерения сигнала записываются в запоминающее устройство в соответствии с управляющим сигналом на запись, передаваемым в запоминающее устройство. Затем другой управляющий сигнал используется для включения загрузки частично обработанных дискретных измерений сигналов в передатчик данных, который обеспечивает возможность передачи этих измерений во вторую часть устройства контроля функционирования канала. Вторая часть устройства контроля функционирования канала может быть расположена в другом месте. Это может быть другая плата, встроенная в корпус аппаратного комплекса этого же сетевого элемента. В этом случае связь между двумя платами может осуществляться с использованием протокола передачи данных по внутренней магистрали. В другом варианте вторая часть устройства СРМ может быть расположена в удаленном пункте, например, на другом сетевом узле, для централизованной обработки данных по нескольким контролируемым каналам оптической сети. В этом случае связь между двумя частями устройства контроля СРМ может осуществляться с использованием протокола передачи данных в сети, например, по контрольному каналу оптической сети. Вторая часть устройства контроля СРМ содержит приемник данных, в который поступают дискретные измерения сигналов, переданные первой частью устройства СРМ. Эти частично обработанные дискретные измерения сигналов загружаются в блок DSP, работающий в режиме офлайн, который осуществляет компенсацию остальных искажений и выполняет оценку остальных характеристик работы канала путем восстановления зашумленной диаграммы созвездия записанных дискретных измерений. Как и в предыдущих случаях, поскольку обработка осуществляется в режиме офлайн, ее скорость может быть существенно ниже скорости передачи символов в канале. Полученные оценки характеристик могут быть переданы в систему/элемент управления сетью для анализа качества канала и для принятия дополнительных мер, если это необходимо.

В описании и формуле настоящего изобретения такие указания, как "содержат", "включают" и "имеют" и их производные, используются для указания того, что объект или объекты, на которые указывает глагол, необязательно составляют полный перечень частей, компонентов или элементов субъекта, к которому относится глагол.

Настоящее изобретение было подробно описано в отношении некоторых конкретных вариантов его осуществления, однако необходимо понимать, что варианты приведены лишь в качестве примеров и никоим образом не ограничивают объем изобретения. Описанные варианты содержат различные признаки, не все из которых необходимы во всех вариантах осуществления изобретения. В некоторых вариантах осуществления изобретения используются лишь некоторые признаки или сочетания этих признаков. Специалистами в данной области техники могут быть предложены модификации описанных вариантов осуществления изобретения, содержащие различные сочетания признаков, указанных в описанных вариантах. Объем изобретения ограничивается только прилагаемой формулой.

Изобретение относится к технике связи и может использоваться в системах оптической связи. Технический результат состоит в повышении точности контроля каналов связи. Для этого способ включает: прием оптического сигнала; получение оцифрованных дискретных измерений, связанных с оптическим сигналом; запись оцифрованных дискретных измерений; обработку записанных дискретных измерений в режиме офлайн. Обработка в режиме офлайн включает: использование оцифрованных дискретных измерений для определения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала; использование полученной информации для оценки величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью; причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале. 3 н. и 16 з.п. ф-лы, 14 ил., 1 табл.

1. Система оптической связи, содержащая:

оптический передатчик, сконфигурированный для передачи оптического сигнала по меньшей мере по одному оптическому каналу;

оптический приемник, сконфигурированный для приема оптического сигнала, передаваемого по указанному по меньшей мере по одному оптическому каналу;

один или несколько преобразователей, соединенных с оптическим приемником, для преобразования принятого сигнала в оцифрованные дискретные измерения;

первое устройство цифровой обработки сигналов (DSP), соединенное по меньшей мере с одним из указанных преобразователей и сконфигурированное для обработки в режиме реального времени по меньшей мере одного оцифрованного дискретного измерения, причем обработка в режиме реального времени включает по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений;

запоминающее устройство, сконфигурированное для записи в него по меньшей частично восстановленных оцифрованных дискретных измерений;

второе устройство DSP, соединенное с оптическим приемником и/или с запоминающим устройством и сконфигурированное для обработки в режиме офлайн оцифрованных дискретных измерений оптического сигнала и/или записанных частично восстановленных дискретных измерений;

причем обработка в режиме офлайн включает:

использование принятых дискретных измерений для получения информации, характеризующей по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использование полученной информации для оценки величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью; и

причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

2. Система оптической связи по п. 1, в которой по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений осуществляется первым устройством DSP в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

3. Система оптической связи по п. 1, в которой указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR), и/или частоту появления ошибочных битов (BER), перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

4. Система оптической связи по п. 1, в которой указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение ESNR и/или частоту BER перед выполнением коррекции FEC, и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о битах, используемых при передаче оптического сигнала.

5. Система оптической связи по п. 1, в которой первое устройство DSP также обеспечивает компенсацию по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом, по которому передается оптический сигнал.

6. Система оптической связи по п. 5, в которой первое устройство DSP также обеспечивает оценку вслепую величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей по меньшей мере один оптический канал, после компенсации, обеспечиваемой для указанного по меньшей мере одного искажения, вносимого оптическим каналом.

7. Система оптической связи по п. 1, в которой первое устройство DSP установлено в оптическом приемнике, и второе устройство DSP расположено отдельно от первого устройства DSP.

8. Система оптической связи по п. 7, в которой первое устройство DSP установлено в оптическом приемнике, и второе устройство DSP расположено на удалении, в другом географическом пункте.

9. Система оптической связи по п. 1, в которой указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала, относящаяся по меньшей мере к одному оптическому каналу, входит в группу, состоящую из: вида модуляции, скорости передачи символов, формы спектра и их сочетаний.

10. Система оптической связи по п. 1, в которой указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала включает одну или несколько из следующих величин: отношение оптический сигнал/шум (OSNR), отношение электрический сигнал/шум (ESNR), допустимый предел OSNR в системе, допустимый предел ESNR в системе, суммарная величина искажений в линии, суммарная хроматическая дисперсия (ACD), дисперсия поляризационной моды (PMD), поляризационные потери (PDL), частота появления ошибочных битов (BER), перед коррекцией FEC.

11. Способ осуществления контроля функционирования канала в системе оптической связи, включающий:

прием оптического сигнала;

получение оцифрованных дискретных измерений, связанных с оптическим сигналом;

запись оцифрованных дискретных измерений;

осуществление обработки в режиме офлайн записанных дискретных измерений, которая включает:

использование оцифрованных дискретных измерений для получения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использование полученной информации для оценки величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью;

причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

12. Способ по п. 11, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

13. Способ по п. 11, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о битах, используемых при передаче оптического сигнала.

14. Способ по п. 11, включающий также осуществление обработки в режиме реального времени по меньшей мере части принятого оптического сигнала, причем обработка в режиме реального времени включает по меньшей мере частичное восстановление оцифрованных дискретных измерений.

15. Аппарат, сконфигурированный для обеспечения в режиме офлайн контроля функционирования, который содержит устройство цифровой обработки сигналов (DSP), сконфигурированное для:

обращения к запоминающему устройству для выборки записанных дискретных измерений оптического сигнала;

использования выбранных дискретных измерений для получения информации, характеризующей указанный по меньшей мере один оптический канал, используемый для передачи оптического сигнала;

использования полученной информации для оценки величины по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала, описывающей указанный по меньшей мере один оптический канал; и

направление величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала в элемент управления сетью;

причем оценка величины указанной по меньшей мере одной характеристики работы оптического канала осуществляется в отсутствие предварительной информации о виде модуляции сигнала в оптическом канале.

16. Аппарат по п. 15, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о символах, используемых при передаче оптического сигнала.

17. Аппарат по п. 15, в котором указанная по меньшей мере одна характеристика работы оптического канала представляет собой отношение электрический сигнал/шум (ESNR) и/или частоту появления ошибочных битов (BER) перед выполнением прямой коррекции ошибок (FEC), и их оценки осуществляются в отсутствие какой-либо информации о битах, используемых при передаче оптического сигнала.

18. Аппарат по п. 15, в котором записанные дискретные измерения были по меньшей частично восстановлены другим устройством DSP, сконфигурированным для обработки в режиме реального времени.

19. Аппарат по п. 15, в котором указанная по меньшей одна характеристика работы оптического канала включает одну или несколько из следующих величин: отношение оптический сигнал/шум (OSNR), отношение электрический сигнал/шум (ESNR), допустимый предел OSNR в системе, допустимый предел ESNR в системе, суммарная величина искажений в линии, суммарная хроматическая дисперсия (ACD), дисперсия поляризационной моды (PMD), поляризационные потери (PDL), частота появления ошибочных битов (BER) перед коррекцией FEC.