Komponenten für die Überwachung optischer Kenngrößen in Zugangsnetzen – (COMAN) Statusseminar 12.09.2007, Stuttgart Jörg Hehmann September, 2007

Komponenten für die Überwachung optischer Kenngrößen in Zugangsnetzen – (COMAN)Statusseminar 12.09.2007, Stuttgart

Jörg Hehmann

September, 2007

COMAN Statusseminar | September 2007 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007

Agenda

10.30 Uhr Anreise/Begrüßung

10.45 Uhr Organisatorisches

- Kooperationsvereinbarung

- Zwischenberichte

11.30 Uhr Statusberichte zum Stand der Arbeiten

12.30 Uhr Mittagessen

13.30 Uhr Fortsetzung Statusberichte zum Stand der Arbeiten

16.00 Uhr Abschlussdiskussion

16.30 Uhr Ende des Statusseminars


1 Organisatorisches


2 Gesamtprojekt


Zielsetzung: Erforschung von Hard- und Softwarekomponenten zur Überwachung von optischen Zugangsnetzen

OLT ONTDemarcationPoint

OTDR

DP

-mon

Data

OTDR

-mon

Data

CentralOffice

OutsidePlant

InhouseNetwork

Partner:Alcatel-LucentCube OpticsMergeOpticsUniv. KarlsruheFhG-HHIDiamondIMST

blue boxes : new functions

COMANGesamtprojekt


COMANGesamtprojekt

Projektarbeiten

Identifikation der Messgrößen und Spezifikation der Messgenauigkeit

Selektion geeigneter Messverfahren unter Berücksichtigung des Netzbetriebs

Ausarbeitung der Abläufe zur Steuerung, Durchführung und Auswertung

Design und Aufbau der dazu benötigten optischen und elektronischen Submodule

Integration in optische Transceiver-Module und optische Anschlussdosen

Tests in einem Labor-Testbett incl. Steuerungs- und Auswertungsfunktionen


COMANGesamtprojekt

Monitoring-Gesamtkonzept, System-Spezifikationen(Alcatel-Lucent, Univ. Karlsruhe)

ElektronischesSub-Modul

(IMST)

OptischesSub-Modul(Cube Optics)

OTDR-Rx(Cube Optics)

Mach-Zehnder-Spektrometer

(Cube Optics)

Schmalfeld DFB-Laser

(HHI)

OptischesTransceiver-

Modul(Merge-Optics)

OptischeTeilnehmer-

Anschlussdose(Diamond)M

essv

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Sys

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ts(A

lca

tel-

Luce

nt)

OptischeTeilnehmer-

Kennung (Univ. Karlsruhe)


COMANGesamtprojekt – Zeitplan 1.2.2007 bis 31.1.2009

T0 + 1 Monat


01.2.2007 Projektstart

21.3.2007 Kick-off meeting

18.4.2007 Audio Konferenz

16.5.2007 Audio Konferenz

11.7.2007 Projekttreffen

12.9.2007 Statusseminar

Coman Projektserver

COMANGesamtprojekt


3 Stand der Arbeiten

ASIC Design


Collaboration with IMST

Target specification

12 bit ADC / DAC

40 MHz clock rate

3 x 3 mm2 chip size

300mW power consumption

Monitoring application

Sine wave OTDR (OLT)

Pulse OTDR (ONT)

-monitoring (OLT/ONT)

Demarcation point rec. (OLT)

Time line

Design and simulation July 2007

Multi project wafer process September 2007

Packaging, test & characterization October 2007

Redesign November 2007

Second MPW run December 2007

Packaging, test & characterization February 2008

Embedded monitoringmixed signal ASIC

DDS

RAM

MUX

I2C

Logic block

LP2

TIA1

analogue

digitalADCDAC

VGA2

LP1

Pulse

LDdriver

GC2

OTDRRX

VGA1

GC1

TIA2 TIA4TIA3

Input/control unit

LDMD

-monRX

SERDESI2C masterHost board

transceiver


Stand der ArbeitenASIC Spezifikation

Spezifikation für den ASIC erstellt

Wöchentliche Abstimmungsgespräche durchgeführt

Design Review am 18./19. Juni in Kamp-Lintfort

Definition der Messabläufe im Digitalteil

Digital code (VHDL) erstellt und an IMST übermittelt



Kenndaten zum Digitalteil

3 RAM Blöcke

jeweils 24 bit * 8k

32 Byte Register zur Steuerung der Messfunktion

32 Byte Register zum Abgleich von ADC und DAC

I2C Schnittstelle

einstellbare Device Adresse (4 bit von 7 bit einstellbar)

Low und high speed mode möglich (100 kHz oder 400 kHz)

DDS (direct digital synthesizer)

1 kHz bis 10 MHz Frequenzbereich

1 Hz Frequenzauflösung



Kritische Parameter

DC off-set Korrektur (hohe Dynamikanforderung >60dB)

Rauschbeiträge im unteren Frequenzbereich <100kHz

Anschlussbelegung durch Gehäusevorgabe QFN48

Maskierung des Übersprechpulses im OTDR Pulses Betrieb

Leistungsverbrauch

Chip – Fläche

ADC Auflösung

Puls OTDRADC vs. Comparator

(Kurven normiert und in Y-Richtung verschoben)

-50

0

50

100

150

200

250

300

0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 20000

Distance [m]

Am

pli

tud

e [

r.u

.]

12bit ADC

8bit ADC

Comparator



Demarkationspunkt - Spezifikation und

Systemintegration


Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung

DP Monitor

Überwachung der Faserverfügbarkeit

Netzausbau

Netzbetrieb

Unabhängig vom ONT

Trennung Heimnetz und Betreibernetz


•OLT

ONT•-•20 dB•

Tx

OTDR Rx

1:10 tap coupler•1: 64

•splitter •

•

•5 km • attenuation: •-• 0.5 dB•

99% reflector

• •DPM2

•4.3 km

•340 m

•180 m

•310 m

•Fiber length•

OTDR response

5 km9.3 km 9.3 km +

180m 310 + 340 m

•

DPM1

DPM3

reflex from splitter

Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung – Passive Lösung

Reflektor

Faserabschluss

10% Tap coupler

Einfach und kostengünstig

Keine Informationsübertragung

Erkennung mit OTDR

<30 m Auflösung

78 dB Empfindlichkeit-73dBm an

OTDR RX


Automatically acting DPMPhoto generator solution

StatusTransmit unit

(periodic)

Level detect

PG

Akk

u

TX

10%

Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung – Aktive Lösung I

Statisch operierender DP

Photogenerator

Batteriebetrieb

Kurze Nachricht (Adresse und Status)

Geringe Kollisionswahrscheinlichkeit

<0,01% bei 10 min Wiederholzeit und 64 DPs

Geringer Stromverbrauch

Extra Monitorpfad am OLT

OLT

ONT

15.2 km

Tx

OTDRRx

VCSEL

3 dB coupler

VCSEL (λ = 1550 nm):Ppeak= - 8 dBmPmean = -13.2 dBm

4 dBm

Ppeak= - 47.3 dBm

attenuator

time

Response @ bandwidth: 1.2 MHz

Control/data signal

23 sec


Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung – Aktive Lösung II

Dynamisch operierender DP

Nachricht an DP

Adressierung und Nachricht

DP Antwort nur nach Aufforderung

Eigene Adresse und Statusinformation

Sehr flexibel einsetzbar

Stand-by Betrieb

Kompatibel mit OTDRProcessing unit

TIA

FromPD

Signal detect

Microprocessor

Wake-up procedure

Address detect

Controller

Status register

Pulseformer

To LD/VCSEL orActuator

DPM power supplyBattery solution

ProcessingunitPD

Battery

response

TXswitchable reflector

b)a)

5%


Erste Messungen am Demarcation Point Monitor

OLT

ONT

Tx

OTD Rx

Laser

3 dB coupler

attenuator

Response @ bandwidth: 5 MHz

Ppeak=- 41.6 dBm

Response behind dig. LPF (2. Order) bandwidth: 250kHz

Response digital processed by decion level detection

1,2ms

Data burst

Response @ bandwidth: 5 MHzBy pattern recognition(not optimized)

z.B. 1bit ADC


Demarkationspunktadressierung

Aufwachsequenz

8 bit Präambel

8 bit Adresse

8 bit Nachricht

Information vom Demarkationspunkt

8 bit Präambel

8 bit Adresse

16 bit Statusinformation

Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung

2.5 Gbit/s data stream

5% modulation of 1MHz sine wave

10µs long bit information (modulation on /off)

•unknown start time of message

•response from DP•(= 32 bits)

•1 bit•(= 8 chips)

•1 chip•(= 5 samples)

•OLT listen window

204 µs

•32 µsec

•1 µsec•= 8 x 125 ns

•125 nsec•= 5 x 25 ns



GPON Systemintegration


Evaluation and control functions are spread over the GPON transmission system and the related management system

Resu

lt

OSSOSS

Request

XML

Evaluation /Database

SNMP

GUI

Resu

lt

Request

HTTP(S)

GPON (OMCI, OAM)(DP protocol)OLT

ONT’s

•Element management system•User information system•Geographic information system

OTDR functionDP monitor-monitor

OTDR function-monitor

DP

DP

DP

•OTDR register•OTDR analysis•Alarming•Reference trace

•OTDR diagnostic•Event history•DP analysis

•Configuration•Maintenance

Embedded monitoringIntegration of control and evaluation functions


Cold start-up or resetTIA selection, Filter calibration, ADC calibration, Calibration of modulation depth

OTDR OLT VGA setting start, step and stop settling time No. of averages modulation depth shift register usage of CF

start OTDR trace read out

-monitor VGA setting sine frequency modulation depth No. of averages settling time MUX input (optional) PSI (ONT only)

start monitor read out memory

DP Monitor (OLT) VGA setting sine frequency modulation depth DP addressing DP message bit length

start DP recognition read out memory

monthly system calibration (TBD)AGC routine, CF measurement

Test routines Memory test sine wave frequency test

OTDR ONT VGA setting pulse length pulse enable No. of averages int / ext pulse pulse mask width record delay /time

start OTDR trace read out

Embedded monitoringflow chart for mixed signal ASIC


Embedded monitoring Changes to OLT/ONT SoC

Optical transceivers will be upgraded with new physical layer supervision capabilities (OTDR Asic and SFP-MSA-Interface).

Readout and control via I²C bus (“2-wire-serial-interface”).

OLT/ONT Processor needs an I²C bus master (Transceiver is slave).

New transceiver

SoC

TX/RX data

I²C bus

4 Transceivers/SoC

Architecture

GPON MAC

New transceiver

New transceiver

New transceiver

GPON MACGPON MAC GPON MAC

Processor MUX

2-wire select


6 Abschlussdiskussion


Abschlussdiskussion

Diskussionspunkte:


Abschlussdiskussion

Vielen Dank

und eine gute Heimreise!


www.alcatel-lucent.com

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