Acterna - Ideal Industries Inc.

zen als Bitfehler gezaÈhlt. Dazu sind keine bestimmten Bitmuster
im Signal noÈtig! Deshalb ist die Messung jederzeit
waÈhrend des Betriebs am ¹lebendenª Verkehr moÈ glich.
Eine Grenze ist lediglich erreicht, wenn die SignalqualitaÈt
so schlecht ist, dass die Schaltung nicht mehr
synchronisieren kann, also etwa bei BER = 10 ±2 .
Die TaktruÈ ckgewinnung ist breitbandig fuÈ r Bitraten bis
10 Gbit/s. Die Messung funktioniert also bei jeder beliebigen
Bitrate! Das liegt an dem Prinzip der PLL (Phase-Locked
Loop). Der Phasendetektor und der Synthesizer in
Bild 7 sind regulaÈre Bestandteile einer jeden PLL. Die
Besonderheit ist der FlankenzaÈhler, der den Frequenzteiler
im Synthesizer entsprechend der Signalfrequenz
steuert. Er nutzt die Eigenschaft, dass das Datensignal
± ein NRZ-Signal ± im Mittel genauso viele positive
wie negative Flanken enthaÈlt und dass die HaÈufigkeit
der Flanken einem Viertel der Bitrate entspricht:
SP/t = SN/t = 1 / 4 BR
SP/t: Anzahl ansteigender Flanken pro Zeiteinheit,
SN/t: Anzahl abfallender Flanken pro Zeiteinheit,
BR: Bitrate.
So wird automatisch die Bitrate ermittelt und das
Q-Faktor-MessgeraÈt auf sie abgestimmt. Wandel &
Goltermann hat das Verfahren patentieren lassen.
Die eigentliche Messung besteht nun darin, dass die
Komparatorschwellen in der Detektorschaltung verschoben
werden, so dass die Abtastung an den Rand
des Auges wandert. Das Q-Faktor-MessgeraÈt erzeugt
damit eine kuÈ nstlich erhoÈ hte BitfehlerhaÈufigkeit.
Messungen im Bereich von BER = 10 ±4 bis 10 ±8 haben
sich als ausreichend erwiesen.
Durch die erhoÈ hte BitfehlerhaÈufigkeit wird die kurze
Messzeit von etwa einer Minute moÈ glich. Andererseits
koÈ nnen diskrete StoÈ rungen bei BER = 10 ±8 noch so weit
log (BER)
0
-2
-4
-6
-8
-10
-12
-14
-16
-18
Null-Zustand
-20
-100 -50 0 50 100
Amplitude / %
Bild 8: Ein diskreter StoÈ rer,
z. B. UÈ bersprechen, verformt
die Trichterkurve auf der
Seite des Eins-Zustands
im Bereich von 10 ±4 bis 10 ±8 .
Trotzdem fuÈ hrt die Extrapolation
zu zuverlaÈ ssigen
Ergebnissen.
StoÈ rung im Eins-Zustand
erkannt werden, dass die Extrapolation auf die minimale
BitfehlerhaÈufigkeit trotzdem zu brauchbaren
Ergebnissen fuÈ hrt (Bild 8).
Bisher wurde von gemessenen und extrapolierten
BitfehlerhaÈufigkeiten gesprochen. Doch wo bleibt das
eigentliche Ergebnis, der Q-Faktor? Das ist fuÈ r das
MessgeraÈt eine reine Rechenaufgabe mit Mittelwerten
und Standardabweichungen ± wie auf Seite 12 und 13
beschrieben.
Q, BER, SNR, OSNR ±
verschiedene Maûe fuÈ r ein und dasselbe?
Der Zusammenhang zwischen Q-Faktor und BitfehlerhaÈufigkeit
(BER) wurde ausfuÈ hrlich dargelegt.
SelbstverstaÈndlich besteht auch ein Zusammenhang
mit anderen Maûen zur QualitaÈtsbeurteilung. Da ist
zum einen der elektrische Signal-Rausch-Abstand
(SNR, signal-to-noise ratio). Nach [3] laÈsst sich der
Q-Faktor-Wert direkt in den elektrischen SNR-Wert
umrechnen:
SNR (dB) = 20 log Q = 10 log Q 2
Zum elektrischen Rauschpegel in optischen UÈ bertragungssystemen
tragen viele Quellen bei:
thermisches Rauschen und Schrotrauschen der
EmpfaÈnger sowie Signal-spontaneous Beat Noise
und Spontaneous-spontaneous Beat Noise der
optischen VerstaÈrker, die als Mischprodukte in den
Photodioden entstehen.
Der Zusammenhang mit dem optischen Signal-
Rausch-Abstand (OSNR, Optical Signal-to-Noise Ratio)
ist nicht so einfach. Er ist nur fuÈ r Systeme mit optischen
VerstaÈrkern definiert, und zwar als VerhaÈltnis
der optischen Signalleistung zur ASE (Amplified
Spontaneous Emission) der VerstaÈrker. Falls der
Signal-spontaneous Beat Noise wesentlich groÈ ûer ist
als das thermische Rauschen, laÈsst sich jedoch auch
hier eine NaÈherungsformel angeben:
OSNR = 4 (B el /B opt )Q 2
Darin sind B el und B opt die Bandbreiten des elektrischen
und des optischen Signals. FuÈ r eine exakte OSNR-
Messung wird auch weiterhin ein optischer Spektrumanalysator
benoÈ tigt werden.
Roland Bach und Wolfgang MoÈnch
Acterna Fiber Optics Division
Eningen, Deutschland
Literatur
bits 8901
[1] N. S. Bergano: ¹Margin Measurements in Optical Amplifier
Systemsª, IEEE Photonic Techn. Letters Vol. 5, No. 3,
March 1993, pp. 304 ± 306.
[2] New ITU-T Rec. G.976 (ex G.OSS3) on ªTest Methods Applicable
to Optical Fibre Submarine Cable Systemsª, COM15R68
(TSB, 7. Nov. 1996)
[3] K. Fussgaenger and S. Cascelli: ¹Per Channel Bit-Error-Ratio,
Q-Factor, El. SNR and OSNR Relations for Single- and Multi-
Channel Long-Haul Systems with Optical Amplifiers in Draft
Recs. G.691, G.692 and G.onpª, ITU-T Study Group 15 ±
Contribution 31 (COM 15-31-E, Nov. 1997)
OPTISCHE
NETZE
Acterna bits 89
15