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
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1 Organisatorisches
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2 Gesamtprojekt
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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
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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
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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
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Luce
nt)
OptischeTeilnehmer-
Kennung (Univ. Karlsruhe)
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COMANGesamtprojekt – Zeitplan 1.2.2007 bis 31.1.2009
T0 + 1 Monat
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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
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3 Stand der Arbeiten
ASIC Design
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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
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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
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Stand der ArbeitenASIC Spezifikation
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
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Stand der ArbeitenASIC Spezifikation
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
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4 Stand der Arbeiten
Demarkationspunkt - Spezifikation und
Systemintegration
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Stand der ArbeitenDemarkationspunktüberwachung
DP Monitor
Überwachung der Faserverfügbarkeit
Netzausbau
Netzbetrieb
Unabhängig vom ONT
Trennung Heimnetz und Betreibernetz
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•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
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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
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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%
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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
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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
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5 Stand der Arbeiten
GPON Systemintegration
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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
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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
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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
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6 Abschlussdiskussion
COMAN Statusseminar | September 2007 All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007
Abschlussdiskussion
Diskussionspunkte:
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Abschlussdiskussion
Vielen Dank
und eine gute Heimreise!
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www.alcatel-lucent.com
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