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

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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Zielsetzung: Erforschung von Hard- und Softwarekomponenten zur Ü berwachung von optischen Zugangsnetzen OLTONTDemarcation Point OTDR DP -mon Data OTDR -mon Data Central Office Outside Plant Inhouse Network Partner: Alcatel-Lucent Cube Optics MergeOptics Univ. Karlsruhe FhG-HHI Diamond IMST blue boxes : new functions COMAN Gesamtprojekt

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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 COMAN Gesamtprojekt Monitoring-Gesamtkonzept, System-Spezifikationen (Alcatel-Lucent, Univ. Karlsruhe) Elektronisches Sub-Modul (IMST) Optisches Sub-Modul (Cube Optics) OTDR-Rx (Cube Optics) Mach-Zehnder- Spektrometer (Cube Optics) Schmalfeld DFB-Laser (HHI) Optisches Transceiver- Modul (Merge-Optics) Optische Teilnehmer- Anschlussdose (Diamond) Messverfahren- Design, Komponenten-Spezifikationen (Univ. Karlsruhe, Alcatel-Lucent) System-Tests (Alcatel-Lucent) Optische Teilnehmer- Kennung (Univ. Karlsruhe)

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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007  Collaboration with IMST  Target specification  12 bit ADC / DAC  40 MHz clock rate  3 x 3 mm 2 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 monitoring mixed signal ASIC DDS RAM MUX I 2 C Logic block LP2 TIA1 analogue digital ADC DAC VGA2 LP1 Pulse LD driver GC2 OTDR RX VGA1 GC1 TIA2 TIA4 TIA3 Input/ control unit LD MD -mon RX SERDES I 2 C master Host board transceiver

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Stand der Arbeiten ASIC 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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Stand der Arbeiten ASIC 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  I 2 C 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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Stand der Arbeiten ASIC 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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Stand der Arbeiten Demarkationspunktüberwachung DP Monitor  Überwachung der Faserverfügbarkeit  Netzausbau  Netzbetrieb  Unabhängig vom ONT  Trennung Heimnetz und Betreibernetz

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 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 km 9.3 km 9.3 km + 180m 310 + 340 m DPM1 DPM3 reflex from splitter Stand der Arbeiten Demarkationspunktüberwachung – 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

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Automatically acting DPM Photo generator solution Status Transmit unit (periodic) Level detect PG Akku TX 10% Stand der Arbeiten Demarkationspunktüberwachung – 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 OTDR Rx VCSEL 3 dB coupler VCSEL ( λ = 1550 nm): Ppeak= - 8 dBm Pmean = -13.2 dBm 4 dBm Ppeak= - 47.3 dBm attenuator time Response @ bandwidth: 1.2 MHz Control/ data signal 23  sec

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Stand der Arbeiten Demarkationspunktüberwachung – 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 OTDR Processing unit TIA From PD Signal detect Microprocessor Wake-up procedure Address detect Controller Status register Pulse former To LD/ VCSEL or Actuator DPM power supply Battery solution Processing unit PD Battery response TX switchable reflector b) a) 5%

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 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 MHz By pattern recognition (not optimized) z.B. 1bit ADC

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 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 Arbeiten Demarkationspunktüberwachung 2.5 Gbit/s data stream 5% modulation of 1MHz sine wave 10µs long bit information (modulation on /off)

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Evaluation and control functions are spread over the GPON transmission system and the related management system Result OSS Request XML Evaluation / Database SNMP GUI Result Request HTTP(S) GPON (OMCI, OAM) (DP protocol) OLT ONT’s Element management system User information system Geographic information system OTDR function DP monitor -monitor OTDR function -monitor DP OTDR register OTDR analysis Alarming Reference trace OTDR diagnostic Event history DP analysis Configuration Maintenance Embedded monitoring Integration of control and evaluation functions

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 Cold start-up or reset TIA 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 monitoring flow chart for mixed signal ASIC

All Rights Reserved © Alcatel-Lucent 2007 COMAN Statusseminar | September 2007 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 I ² C bus 4 Transceivers/SoC Architecture GPON MAC New transceiver New transceiver New transceiver GPON MAC  Processor MUX 2-wire select

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