DIN EN 61280-2-8-2004 Fibre optic communication subsystem test procedures - Digital systems - Part 2-8 Determination of low BER using Q-factor measurements (IEC 61280-2-8 2003) Ger.pdf

1、September 2004DEUTSCHE NORM DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN und VDEPreisgruppe 16DIN Deutsches Institut f r Normung e.V. Jede Art der Vervielf ltigung, auch auszugsweise, nur mit Genehmigung des DIN Deutsches Institut f r Normung e. V., Berlin, gestattet.

2、ICS 33.180.01? 9570756www.din.deXDIN EN 61280-2-8Pr fverfahren f r LichtwellenleiterKommunikationsuntersysteme Digitale Systeme Teil 28: Bestimmung von geringen Bitfehlerverh ltnissen (BERs) mit Hilfe von QFaktormessungen (IEC 6128028:2003);Deutsche Fassung EN 6128028:2003Fibre optic communication s

3、ubsystem test procedures Digital systems Part 28: Determination of low BER using Qfactor measurements (IEC 6128028:2003);German version EN 6128028:2003Procdures d essai des soussystmes de tlcommunications fibres optiques Systmes numriques Partie 28: Dtermination du faible Taux d Erreur Binaire (TEB)

4、 en utilisant les mesures dufacteur Q (CEI 6128028:2003);Version allemande EN 6128028:2003Alleinverkauf der Normen durch Beuth Verlag GmbH, 10772 Berlinwww.beuth.deGesamtumfang 32 SeitenDIN EN 61280-2-8:2004-092Beginn der GltigkeitDie von CENELEC am 2003-03-01 angenommene EN 61280-2-8 gilt als DIN-N

5、orm ab 2004-09-01.Nationales VorwortVorausgegangener Norm-Entwurf: E DIN IEC 86C/206/CD:1998-10.Fr die vorliegende Norm ist das nationale Arbeitsgremium UK 412.2 Komponenten fr Kommunikations-kabelanlagen der DKE Deutsche Kommission Elektrotechnik Elektronik Informationstechnik im DIN undVDE zustndi

6、g.Die enthaltene IEC Publikation wurde vom SC 86C Fibre optic systems and active devices erarbeitet.Das IEC-Komitee hat entschieden, dass der Inhalt dieser Publikation bis zum Jahr 2010 unverndert bleibensoll. Zu diesem Zeitpunkt wird entsprechend der Entscheidung des Komitees die Publikation bestti

7、gt, zurckgezogen, durch eine Folgeausgabe ersetzt oder gendert.Fr den Fall einer undatierten Verweisung im normativen Text (Verweisung auf eine Norm ohne Angabe desAusgabedatums und ohne Hinweis auf eine Abschnittsnummer, eine Tabelle, ein Bild usw.) bezieht sich dieVerweisung auf die jeweils neuest

8、e gltige Ausgabe der in Bezug genommenen Norm.Fr den Fall einer datierten Verweisung im normativen Text bezieht sich die Verweisung immer auf die inBezug genommene Ausgabe der Norm.Der Zusammenhang der zitierten Normen mit den entsprechenden Deutschen Normen ergibt sich, soweit einZusammenhang beste

9、ht, grundstzlich ber die Nummer der entsprechenden IEC-Publikation. Beispiel:IEC 60068 ist als EN 60068 als Europische Norm durch CENELEC bernommen und als DIN EN 60068 insDeutsche Normenwerk aufgenommen.EUROPISCHE NORMEUROPEAN STANDARDNORME EUROPENNEEN 61280-2-8April 2003ICS 33.180.10Deutsche Fassu

10、ngPrfverfahren fr Lichtwellenleiter-KommunikationsuntersystemeDigitale SystemeTeil 2-8: Bestimmung von geringen Bitfehlerverhltnissen (BERs)mit Hilfe von Q-Faktormessungen(IEC 61280-2-8:2003)Fibre optic communication subsystem testproceduresDigital systemsPart 2-8: Determination of low BER usingQ-fa

11、ctor measurements(IEC 61280-2-8:2003)Procdures dessai des sous-systmes detlcommunications fibres optiquesSystmes numriquesPartie 2-8: Dtermination du faible TauxdErreur Binaire (TEB) en utilisant les mesuresdu facteur Q(CEI 61280-2-8:2003)Diese Europische Norm wurde von CENELEC am 2003-03-01 angenom

12、men. Die CENELEC-Mitgliedersind gehalten, die CEN/CENELEC-Geschftsordnung zu erfllen, in der die Bedingungen festgelegt sind,unter denen dieser Europischen Norm ohne jede nderung der Status einer nationalen Norm zu gebenist.Auf dem letzten Stand befindliche Listen dieser nationalen Normen mit ihren

13、bibliographischen Angabensind beim Zentralsekretariat oder bei jedem CENELEC-Mitglied auf Anfrage erhltlich.Diese Europische Norm besteht in drei offiziellen Fassungen (Deutsch, Englisch, Franzsisch). EineFassung in einer anderen Sprache, die von einem CENELEC-Mitglied in eigener Verantwortung durch

14、bersetzung in seine Landessprache gemacht und dem Zentralsekretariat mitgeteilt worden ist, hat dengleichen Status wie die offiziellen Fassungen.CENELEC-Mitglieder sind die nationalen elektrotechnischen Komitees von Belgien, Dnemark,Deutschland, Finnland, Frankreich, Griechenland, Irland, Island, It

15、alien, Luxemburg, Malta, denNiederlanden, Norwegen, sterreich, Portugal, Schweden, der Schweiz, der Slowakei, Spanien, derTschechischen Republik, Ungarn und dem Vereinigten Knigreich.CENELECEuropisches Komitee fr Elektrotechnische NormungEuropean Committee for Electrotechnical StandardizationComit E

16、uropen de Normalisation ElectrotechniqueZentralsekretariat: rue de Stassart 35, B-1050 Brssel 2003 CENELEC Alle Rechte der Verwertung, gleich in welcher Form und in welchem Verfahren,sind weltweit den Mitgliedern von CENELEC vorbehalten.Ref. Nr. EN 61280-2-8:2003 DEN 61280-2-8:20032VorwortDer Text d

17、es Schriftstcks 86C/485/FDIS, zuknftige 1. Ausgabe von IEC 61280-2-8, ausgearbeitet von demSC 86C Fibre optic systems and active devices des IEC TC 86 Fibre optics, wurde der IEC-CENELECParallelen Abstimmung unterworfen und von CENELEC am 2003-03-01 als EN 61280-2-8 angenommen.Nachstehende Daten wur

18、den festgelegt: sptestes Datum, zu dem die EN auf nationaler Ebenedurch Verffentlichung einer identischen nationalenNorm oder durch Anerkennung bernommen werdenmuss (dop): 2003-12-01 sptestes Datum, zu dem nationale Normen, dieder EN entgegenstehen, zurckgezogen werdenmssen (dow): 2006-03-01Anhnge,

19、die als normativ bezeichnet sind, gehren zum Norminhalt.Anhnge, die als informativ bezeichnet sind, enthalten nur Informationen.In dieser Norm ist Anhang A normativ und ist Anhang B informativ.AnerkennungsnotizDer Text der Internationalen Norm IEC 61280-2-8:2003 wurde von CENELEC ohne irgendeine Abn

20、derungals Europische Norm angenommen.EN 61280-2-8:20033InhaltSeiteVorwort. 21 Anwendungsbereich 52 Begriffe und Abkrzungen . 52.1 Begriffe 52.2 Abkrzungen 53 Messung geringer Bitfehlerquoten. 53.1 Allgemeine Betrachtungen 53.2 Hintergrnde zum Gtefaktor 74 Verfahren mit variabler Entscheidungsschwell

21、e 94.1 berblick 94.2 Prfeinrichtung. 124.3 Probenahme und Prflinge 124.4 Durchfhrung. 124.5 Berechnungen und Auswertung der Ergebnisse.134.6 Prfbericht . 174.7 Angaben in der Spezifikation. 175 Verfahren mit variabler optischer Schwelle . 175.1 berblick 175.2 Prfeinrichtung. 185.3 Prflinge. 185.4 Ve

22、rfahren fr optische Grundverbindungen 185.5 Verfahren fr eingebaute Systeme 195.6 Auswertung der Ergebnisse 20Anhang A (normativ) Berechnung der Fehlergrenze fr den Wert des Gtefaktors 22Anhang B (informativ) Sinus-Interferenzverfahren . 24Literaturhinweise 30Bild 1 Beispiel fr ein Augendiagramm mit

23、 Bitmustereffekten 8Bild 2 Genauere Messtechnik mit einem DSO, der die Rauschstatistik zwischen den Augenmittenerfasst 8Bild 3 Bitfehlerquote als Funktion des Pegels der Entscheidungsschwelle . 10Bild 4 Grafische Darstellung des Gtefaktors als Funktion der Schwellenspannung 10Bild 5 Prfaufbau fr das

24、 Verfahren mit variabler Entscheidungsschwelle 12Bild 6 Einstellung des Pegels der Anfangsschwelle (etwa in Augenmitte). 12Bild 7 Effekt von Hintergrundlicht 18Bild 8 Prfaufbau fr die Prfung einer optischen Verbindung oder eines Bauelements 19Bild 9 Prfaufbau fr die Systemprfung 19Bild 10 Extrapolat

25、ion des log BER als Funktion der Voreinstellung . 21EN 61280-2-8:20034SeiteBild B.1 Prfaufbau fr das Sinus-Interferenzverfahren mit optischer Einspeisung. 25Bild B.2 Prfaufbau fr das Sinus-Interferenzverfahren mit elektrischer Einspeisung . 27Bild B.3 BER-Ergebnis aus den Sinus-Interferenzverfahren

26、(Datenpunkte und extrapolierteGerade) 28Bild B.4 BER als Funktion der optischen Leistung nach drei verschiedenen Verfahren 28Tabelle 1 Mittlere Zeit zur Erfassung von 15 Fehlern in Abhngigkeit von BER und Bitrate . 6Tabelle 2 BER als Funktion der Schwellenspannung. 14Tabelle 3 fials Funktion von Di.

27、 15Tabelle 4 Werte der Konstanten der linearen Regression 16Tabelle 5 Mittelwert und Standardabweichung. 16Tabelle 6 Beispiel fr eine Prfung mit optischer Voreinstellung 20Tabelle B.1 Ergebnisse fr die Sinus-Einspeisung. 26EN 61280-2-8:200351 AnwendungsbereichDer vorliegende Teil der IEC 61280 legt

28、zwei Hauptverfahren zur Ermittlung von geringen Bitfehlerquotendurch beschleunigte Messungen fest. Dabei handelt es sich um das Verfahren mit variabler Entscheidungs-schwelle (Hauptabschnitt 4) und das Verfahren mit variabler optischer Schwelle (Hauptabschnitt 5). Darberhinaus wird im Anhang B ein d

29、rittes Verfahren, das Sinus-Interferenzverfahren, beschrieben.2 Begriffe und Abkrzungen2.1 BegriffeFr die Anwendung dieser Norm gelten folgende Begriffe und Definitionen.2.1.1verstrkte spontane EmissionASEin optischen Verstrkern erzeugter Gteabfall2.1.2BitfehlerquoteBERAnzahl der fehlerhaften Bits i

30、m Verhltnis zur Gesamtanzahl der Bits2.1.3IntersymbolinterferenzISIgegenseitige Strung von Symbolen in einem Datenstrom, die gewhnlich durch Nichtlinearitten undBegrenzungen der Bandbreite des bertragungswegs verursacht wird2.1.4GtefaktorQVerhltnis der Differenz zwischen den mittleren Spannungen des

31、 1- und 0-Werts und der Summe von derenStandardabweichungen2.2 Abkrzungencw Dauerstrich (bezieht sich gewhnlich auf eine Sinuswelle)(en: continous wave)DC Gleichstrom(en: direct current)DSO digitales Abtastoszilloskop(en: digital sampling oscilloscope)DUT Prfling(en: device under test)PRBS pseudosta

32、tistische Bitfolge(en: pseudo-random binary sequence)3 Messung geringer Bitfehlerquoten3.1 Allgemeine BetrachtungenLWL-Kommunikationssysteme und -untersysteme knnen auch bei sehr hohen Bitraten von Natur aus einauergewhnlich gutes Fehlerverhalten aufweisen. Die mittlere Bitfehlerquote (BER) liegt ab

33、hngig von derArt des Systems gewhnlich im Bereich von 1012bis 1020. Obwohl dieses Leistungsmerkmal weit ber dieEN 61280-2-8:20036praktischen Anforderungen fr digitale Signale hinausgeht, ergibt sich ein Vorteil fr das Verknpfen vielerVerbindungen ber lange Strecken, ohne dass Fehlerkorrekturverfahre

34、n erforderlich werden.Die Messung dieser geringen Fehlerquoten stellt ein besonderes Problem hinsichtlich der zur Messung einerausreichend groen Anzahl von Fehlern erforderlichen Dauer dar, damit ein statistisch signifikantes Ergebniserreicht wird. In Tabelle 1 sind die erforderlichen mittleren Zeit

35、en zur Erfassung von 15 Fehlern angegeben.Diese Fehleranzahl kann als statistisch signifikant angesehen werden und bietet eine statistische Sicherheitvon 75 % mit einer Streuung von 50 %.Tabelle 1 Mittlere Zeit zur Erfassung von 15 Fehlern in Abhngigkeit von BER und BitrateBERBit/s106107108109101010

36、1110121013101410151,0M 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 h 1,7 d 17 d 170 d 4,7 Jahre 47 Jahre2,0M 750 ms 7,5 s 75 s 750 s 2,1 h 21 h 8,8 d 88 d 2,4 Jahre 24 Jahre10M 150 ms 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 h 1,7 d 17 d 170 d 4,7 Jahre50M 30 ms 300 ms 3,0 s 30 s 5,0 min 50 min 8,3 h 3,5 d 35 d 350 d100M 15

37、 ms 150 ms 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 h 1,7 d 17 d 170 d500M 3 ms 30 ms 300 ms 3,0 s 30 s 5,0 min 50 min 8,3 h 3,5 d 35 d1,0G 1,5 ms 15 ms 150 ms 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 h 1,7 d 17 d10G 150 G6ds 1,5 ms 15 ms 150 ms 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 h 1,7 d40G 38 G6ds 380 G6ds 3,8 ms 38 ms 380 m

38、s 3,8 s 38 s 6,3 min 63 min 10,4 h100G 15 G6ds 150 G6ds 1,5 ms 15 ms 150 ms 1,5 s 15 s 2,5 min 25 min 4,2 hDie in Tabelle 1 angegebenen Zeiten zeigen, dass die direkte Messung der geringen von LWL-Systemen zuerwartenden BER-Werte bei der Einrichtung und Wartung nicht durchfhrbar ist. Diese Schwierig

39、keit kannberwunden werden, indem der Signal-Rausch-Abstand am Empfnger kontrolliert knstlich verschlechtertwird und damit die BER wesentlich erhht und die Messzeit verringert wird. Das Fehlerverhalten wird bei un-terschiedlichen Pegeln der Verschlechterung gemessen, und die Ergebnisse werden anschli

40、eend durch Be-rechnungen oder grafische Verfahren nach theoretischen oder empirischen Regressionsalgorithmen auf denNullwert der Verschlechterung extrapoliert.Die Schwierigkeit, die sich bei Anwendung von Regressionstechniken zur Ermittlung des Fehlerverhaltensergibt, besteht darin, dass der theoret

41、ische BER-Wert auf den Pegel der Verschlechterung ber die inverseFehlerfunktion (erfc) bezogen wird. Das heit, dass sehr kleine nderungen der Verschlechterung zu sehrgroen BER-nderungen fhren; z. B. fhrt im Bereich eines BER-Werts von 1015eine nderung des Pe-gels der Verschlechterung von etwa 1 dB z

42、u einer nderung von drei Grenordnungen bei der BER. Eineweitere Schwierigkeit besteht darin, dass bei einem auf Extrapolation beruhenden Verfahren eine Absenkungder BER von nur drei Grenordnungen unterhalb des niedrigsten Messwerts mglicherweise nicht erkanntwird.Es sollte weiterhin beachtet werden,

43、 dass bei digital regenerierten Abschnitten die erhaltenen Ergebnisse nurfr den regenerierten Abschnitt gelten, deren Empfnger geprft wird. Fehler, die vor dem regenerierten Ab-schnitt erzeugt werden, knnen eine Fehlerplattform bilden, die bei der Bewertung des Fehlerverhaltens deszu prfenden Regene

44、ratorabschnitts zu bercksichtigen sind.Wie oben angegeben werden zwei Hauptverfahren zur Ermittlung von geringen BER-Werten durch be-schleunigte Messungen beschrieben. Dabei handelt es sich um das Verfahren mit variabler Entscheidungs-schwelle (Hauptabschnitt 4) und das Verfahren mit variabler optis

45、cher Schwelle (Hauptabschnitt 5). Darberhinaus wird im Anhang B ein drittes Verfahren, das Sinus-Interferenzverfahren, beschrieben.Es sollte beachtet werden, dass diese Verfahren zur Ermittlung des Fehlerverhaltens bei Verschlechterungender Amplitude anwendbar sind. Auch Jitter knnen das Fehlerverha

46、lten eines Systems beeinflussen, aberdieser Effekt erfordert andere Ermittlungsverfahren. Falls das Fehlerverhalten von Verschlechterungen durchJitter bestimmt wird, fhren die Amplitudenverfahren nach dieser Norm zu BER-Werten, die geringer als dietatschlichen Werte sind.EN 61280-2-8:20037Mit dem Ve

47、rfahren mit variabler Entscheidungsschwelle knnen der Gtefaktor und die BER von LWL-Systemen mit unbekannter oder nicht vorherzusagender Rauschstatistik am genauesten gemessen werden.Eine wesentliche Einschrnkung fr die Anwendung des variablen Schwellwertverfahrens zur Messung vonGtefaktor und BER i

48、st jedoch die Notwendigkeit eines Zugangs zur Empfngerelektronik, um die Entschei-dungsschwelle zu manipulieren. Bei Systemen, bei denen kein Zugang mglich ist, bietet sich als Alternativedas Verfahren mit variabler optischer Schwelle an. Beide Verfahren knnen hinsichtlich der Messung undBerechnung

49、der Ergebnisse automatisiert werden.3.2 Hintergrnde zum GtefaktorDer Gtefaktor ist der Signal-Rausch-Abstand (en: signal-to-noise ratio, SNR) am Entscheider und wirdgewhnlich wie folgt angegeben 31:1010QG6dG6dG73G73G2dG3dG2b(1)Dabei sind G6d1und G6d0die mittleren Spannungspegel des 1- bzw. 0-Werts und G731und G730sind d