DWDM, SDH & Co. - 31/1 4. Roland Kiefer Peter Winterling. Technik und Troubleshooting in optischen Netzen. Hüthig Verlag Heidelberg

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1 - 31/1 4 Roland Kiefer Peter Winterling DWDM, SDH & Co. Technik und Troubleshooting in optischen Netzen 2., völlig neu bearbeitete und erweiterte Auflage Hüthig Verlag Heidelberg

2 1 Netze im Umbruch 1 2 Die Glasfaser als Übertragungsweg Physikalische Grundlagen und ihre Bedeutung in der LWL-Technik Die Glasfaser als Übertragungsmedium Grundbegriffe der geometrischen Optik Nutzbarer Wellenlängenbereich für die Nachrichtenübertragung Brechzahl und Gruppenbrechzahl Singlemode- und Multimodefaser: Einsatzmöglichkeiten und Kenndaten Optische Eigenschaften des Übertragungsweges Dispersion Profile Modenfelddurchmesser Dämpfungsmechanismen in der Faser Dispersion in der Standard-Singlemodefaser SSMF Dispersionsverschobene Faser DSF, dispersionsgeglättete Faser DFF Polarisationsmodendispersion PMD Fasern unter dem Gesichtspunkt moderner Hochleistungsnetze Nichtlineare Effekte in der Glasfaser Vierwellenmischung FWM Selbstphasenmodulation SPM Kreuzphasenmodulation Raman-Streuung Brillouin-Streuung Non Zero Dispersion Shifted Fiber nach ITU-T G Eigenschaften TrueWave-, Teralight- und LEAF-Faser Full-Spectrum Faser AllWave und MetroCor Generelle Überlegungen zur Faserwahl 41 3 Plesiochrone Digitale Hierarchie PDH Plesiochrone Übertragungssyteme bei 2 Mbit/s Bedeutung der PDH Übertragung bei 2 Mbit/s Mbit/s-Pulsrahmen CRC-4-Verfahren Aufgaben des Rahmenmeldewortes Systemkomponenten für die 2-Mbit/s-Übertragung Plesiochrone Digitale Hierarchie PDH bis 140 Mbit/s Funktionsprinzip eines plesiochronen Multiplexers PDH-Rahmenaufbau 57

3 VI Inhaltsverzeichnis Synchrone Digitale Hierarchie SDH Von PDH zu SDH Funktionsprinzip der SDH SDH-Analogie Güterbahnhof Begriffe und Definitionen Von der Nutzlast zum Synchronen Transportmodul Mapping Path Overhead (POH) Section Overhead (SOH) Pointer Transportmodule STM-N Zusammenfassung durch Multiplexen Containerverkettung - Concatenation Fehler- und Alarmüberwachung Fehlerüberwachung durch Paritätsvergleich Fehlerüberwachung durch Tandem Connection Monitoring TCM Alarme in der SDH Netzelemente und Netzstrukturen Automatic Protection Switching APS SONET - die amerikanische SDH Netzmanagement in der SDH Synchronisation digitaler Netze 107 Optische Netze DWDM-Übertragungssystem Konzept und Motivation Kanalraster und Schnittstellen nach ITU Sendebaugruppe: Lasertypen und Eigenschaften Optischer Faserverstärker OA Prinzip des EDFA-Verstärkers Charakteristik des EDFAs Verstärkungslinearisierter Faserverstärker (Gain Flatness) EDFA mit Schräglagenkompensation Einsatz im C-und L-Band Optische Halbleiterverstärker SOA Raman-Amplifier Variable Abschwächer VOA DWDM-Multiplexer und -Demultiplexer Funktionsbaugruppen zur Realisierung von optischen Netzen Optischer Add/Drop-Multiplexer OADM Optische Schaltfelder Wellenlängenkonverter Optischer Cross-Connect OXC Elektromechanische Schaltmatrix (MEMS) Realisierung einer Schaltmatrix mit 2x2 elektrooptischen Schaltern 151

4 VII Optische oder elektrische Cross-Connects für zukünftige Netze? Von der Punkt-zu-Punkt-Verbindung hin zu optischen Netzen Migration bestehender, gewachsener Strukturen in ein modernes, skalierbares Netz Automatic Switched Telecom Network ASTN Metro-Netze IP over X - die Alternativen Anything over IP" oder IP over anything"? Packet over SONET Packet over Sonet - wozu? Funktionsweise von PoS Nachteile von PoS Bewertung von PoS Asynchroner Transfer Modus ATM Einführung ATM-Grundlagen Aufbau einer ATM-Zelle ATM-Zelltypen Von den Nutzdaten zur ATM-Zelle Dienstklassen im ATM Verkehrsprofil und Quality of Service (QoS) Signalisierung im ATM ATM-Netzelemente Ethernet everywhere - Wachablösung für SDH/SONET? Ethernet - auf dem Weg ins WAN Ethernet zur LAN/WAN-Kopplung Der neue Standard für 10-Gigabit-Ethernet G-Ethernet im WAN G-Ethernet im LAN Resilient Packet Ring Einsatzgebiete und Aufgaben der Messtechnik Wo wird Messtechnik eingesetzt? Messtechnik - wozu? Proaktiv oder reaktiv? Typische Störungen und Fehlerfälle Messtechnik und Netzmanagement - Konkurrenz oder Teamwork? Wie viel Messtechnik braucht ein Netz? Abnahmemessungen an LWL-Kabeln Dämpfungsmessung an Fasern Messmethoden 6 und Notwendigkeit der Messung bei verschiedenen Wellenlängen Pegelgenauigkeit über der Wellenlänge Referenzgenauigkeit und -Stabilität Praktischer Umgang mit der Pegelmessung Pegelmessung an Kabeln hoher Faserzahl 198

5 VIII Inhaltsverzeichnis 8.2 Grundsätzliche Überlegungen bei Pegelmessern Prinzip der Pegelmessung, spektrale Empfindlichkeit Einsatz verschiedener Empfangsdioden Messung hoher optischer Leistung Genauigkeiten bei Pegelmessern für die Betriebsmesstechnik Praktische Hinweise für Pegelmesser Abnahmemessungen mit dem OTDR Dämpfungswert mittels Spleißgerät oder ODTR? Prinzipielle Funktionsweise eines OTDRs Einstellparameter Kennwerte beim OTDR: Totzone, Dynamik, Messpunkteabstand Auswertung der Ereignisse in der OTDR-Kurve Längenbestimmung einer Faser und Fehlerabschätzung Ergebnisse bei verschiedenen Wellenlängen (1310,1550, 1625 nm) Auflösung versus Dynamik mit praktischen Beispielen Verwendung von Vorlauf- und Nachlauffasern Ergebnisverarbeitung und Dokumentation Qualifizierung der Faser hinsichtlich der PMD Messprinzipien für die Ermittlung der PMD Messwertermittlung mit der Fixed-Analyser-Methode Ergebnisdarstellung und Auswertung Praktische Betrachtungen zum PMD-Analysator Inbetriebnahme und Störungssuche an DWDM-Systemen Messungen an optischen Systemen mit praktischen Beispielen Schnittstellen in einem DWDM-System Messung der Wellenlänge und der Kanalleistung Optisches Signal-to-Noise Ratio OSNR Optischer Spektrumanalysator OSA OSA mit Fabry-Perot-Filter Interferometer OSA mit Monochromator Spektrale Messungen für DWDM-Systeme Transponder und Multiplexer Messungen an optischen Faserverstärkern Messungen auf der Empfängerseite Einmess- und Optimierungsroutinen für DWDM-Systeme Bedingungen bei der Einmessung eines DWDM-Systems Messung der chromatischen Dispersion Kompensation der chromatischen Dispersion Bestimmung des Quality of Service in optischen Übertragungssystemen OSA im praktischen Einsatz Q-Faktor-Analyse Problematik bei der Endabnahme bei DWDM-Systemen hoher Kanalzahl Was ist der Q-Faktor? 276

6 IX 10.3 Ermittlung des Q-Faktors Asynchrone Abtastung oder Histogramm-Methode Synchrone Abtastung Synchrone Abtastung mit variabler Entscheiderschwelle Ergebnisdarstellung, Messwertinterpretation und Vertrauensintervall Einsatzmöglichkeiten für den Q-Faktor-Analysator: Chancen und Grenzen Der Q-Faktor-Analysator in der Praxis DWDM-Kanalfilter und Faserverstärker als Hilfsmittel für optische Netze Die ITU und der Q-Faktor Das Remote Fiber Test System RFTS als Element eines Network-Managementsystems Überwachung des Übertragungsweges Ursachen von Ausfällen auf dem Übertragungsweg Traditionelle Fehlersuche bei Störungen am Ubertragungsweg Das Prinzip eines Remote Fiber Systems RFTS Überwachung unbeschalteter Fasern Überwachung aktiver Fasern Das RFTS im Technikraum Die Architektur in einem Managementsystem Ergebnisaufarbeitung einer RTU OTDR-Kurve und Netzplan GIS-Datenbank und Objektdarstellung Fiber Performance Monitoring Fehlermessungen an Übertragungssystemen - generelle Bemerkungen Wodurch entstehen Bitfehler? Auswirkungen von Übertragungsfehlern Fehler messen - aber wie? Funktionsprinzip eines Bitfehlermessers Bestimmung der Bitfehlerhäufigkeit Einfluss der Messdauer Messungen an Übertragungssystemen von 2 bis 140 Mbit/s (PDH) Einführung Außer-Betrieb-Messungen bei 2 Mbit/s Tests von Multiplexeinrichtungen Messung mit n X 64-kbit/s-Signalen Messung der Laufzeit Überwachung von Fehlern mithilfe des Meldewortes (S^-Bits) Messungen bei 2 Mbit/s während des Systembetriebs Fehlermessung im Rahmenkennungswort Analyse von CRC- und E-Bit-Fehlern Überwachung von Codefehlern Auswertung von Alarmen und Übertragungsstörungen Beispiele für die In-Betrieb-Fehlerüberwachung Drop&Insert-Messungen 334

7 13.4 Analyse der Signalisierung Auswahlkriterien für 2-Mbit/s-Messtechnik Messungen an Übertragungsstrecken und -Systemen bis 140 Mbit/s Messungen außerhalb des Systembetriebs Messungen während des Systembetriebs Messaufgaben an SDH-Systemen Einführung Aufbau eines SDH-Messgerätes Einmessung und Wartung von synchronen Systemkomponenten Halb- und Vollkanalmessungen Mapping-Analyse Einmessen von Port-Schnittstellen Messungen mit strukturierten Messsignalen Messung der Laufzeit Überprüfung der automatischen Ersatzschaltung Simulation von Pointer-Aktivitäten In-Betrieb-Messungen in der SDH Analyse von Alarmmeldungen Path Trace-Monitoring Analyse von Pointern Überprüfung systemintegrierter Sensoren Überprüfung der Netzsynchronisierung Jitter-Analyse Messungen bei den Hierarchiestufen STM-N Kriterien für die Auswahl eines SDH-Analysators Messaufgaben im ATM ATM-Messungen: ein Überblick ' Zellverlust und Laufzeit Auswirkungen von Zellverlusten Laufzeit und Laufzeitschwankungen Statistische Laufzeitschwankungen Verkehrsvertrag und Qualitätsparameter Messprinzipien im ATM: In-Betrieb-Messungen Messung mit Zellblöcken In-Service-Monitoring mit OAM-Zellen Überwachung des Zellkopfes Monitoring von ATM-Verbindungen Durchgangsbetrieb ATM-Ping Messprinzipien im ATM: Außer-Betrieb-Messungen Test der physikalischen Ebene Simulation von OAM-Zellen Tests von ATM-Verbindungen und Überwachungsinstanzen Messung der Zelllaufzeit Inbetriebnahme von ATM-Netzabschlüssen Einmessung von vermittelten Kanälen (SVC) 380

8 XI LAN/WAN-Internetworking - Netzübergänge kritisch beleuchtet Anforderungen an ein ATM-Testgerät Kriterien für die Auswahl von Messtechnik - Testgeräte im Test 382 Anhang Quellen und weiterführende Literatur 386 Abkürzungen 391 Stichwortverzeichnis 395