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Abstrait
La gigue est un facteur de performance clé dans les systèmes de transmission numérique à haut débit, tels que les réseaux optiques synchrones/hiérarchie numérique synchrone (SONET/SDH), les réseaux de transport optique (OTN) et 10 Gigabit Ethernet (GE). Cet article décrit les différences entre les normes de gigue des télécommunications et des communications de données, ainsi que les différentes applications de la gigue pour les tests de conformité des émetteurs-récepteurs XFP (Small Form Factor Pluggable) 10 G, devenus l'interface optique 10 G dominante pour les applications de télécommunications et de communications de données.
Introduction
Des mesures précises de la gigue sont essentielles pour garantir des lignes de transmission de données à haut débit sans erreur. La gigue, qui correspond à toute modulation de phase supérieure à 10 Hz dans un signal numérique, est indésirable et toujours présente dans les appareils, les systèmes et les réseaux. Pour garantir l'interopérabilité entre les appareils et minimiser la dégradation du signal due à l'accumulation de gigue, il est nécessaire de définir des limites pour le niveau maximal de gigue sur une interface de sortie ainsi que pour le niveau maximal toléré sur une entrée.
Les organismes de normalisation ont déterminé ces limites, qui peuvent être divisées en deux catégories : télécommunications et communications de données. Les principaux organismes de normalisation des télécommunications sont l'Union internationale des télécommunications (UIT-T) et Telcordia, tandis que l'Institute of Electrical and Electronic Engineers (IEEE) est le principal organisme de normalisation des communications de données.
Aspects de la gigue et valeurs caractéristiques pour 10 G
Les technologies de télécommunications et de transmission de données utilisent des méthodes de synchronisation différentes. Dans les systèmes synchrones, tels que SDH/SONET, les composants sont synchronisés sur une horloge commune. Dans les systèmes asynchrones et série, tels que 10 GE, les horloges distribuées ou les signaux d'horloge récupérés à partir des données fournissent la synchronisation des composants. S'il est important de limiter la gigue générée par les composants, la gigue transférée d'un composant à l'autre est moins importante que dans les systèmes synchrones, où la gigue peut augmenter lors de son transfert d'un composant à l'autre. Des exigences bien définies en matière de génération de gigue limitée par la bande passante, de tolérance et de transfert existent pour SDH/SONET/OTN.
2 tests de gigue à grande vitesse des émetteurs-récepteurs XFP
Le tableau 1 montre en quoi les spécifications et les méthodologies de test de la gigue en 10 GE diffèrent de celles des émetteurs-récepteurs SDH/SONET/OTN. Ces spécifications et méthodologies de test visent à vérifier que l'instabilité temporelle relative des signaux transmis n'est pas excessive.
Dans les systèmes SDH/SONET/OTN avec régénérateurs, le bruit est le facteur de dégradation et de limitation le plus important pour les performances du système. La tolérance à la gigue est mesurée à l'aide de la gigue sinusoïdale. Dans les systèmes Ethernet, la tolérance à la gigue est mesurée à l'aide d'un signal stressé avec des combinaisons de dégradations. Le tableau 1 présente les valeurs caractéristiques des émetteurs-récepteurs XFP, qui prennent en charge les normes de télécommunications établies STM-64/OC-192 à 9,95 Gbit/s et OTU2 à 10,7 Gbit/s. Les normes de communication de données 10 GE sont prises en charge à 9,95 et 10,31 Gbit/s respectivement. Ces émetteurs-récepteurs sont des composants optiques enfichables, remplaçant les circuits optiques existants et offrant de nombreux avantages : économies, conception très compacte et flexible, interchangeabilité et remplacement direct par des équipements de différents fournisseurs, et possibilité de connexion à chaud.
Mesures de gigue SDH/SONET/OTN
Les trois configurations de test pertinentes pour les mesures de performances de gigue sont : la génération de gigue, la tolérance à la gigue et le transfert de gigue.
1. Génération de gigue : une certaine quantité de gigue apparaîtra au port de sortie de tout élément de réseau (NE), même avec un signal numérique ou d'horloge totalement exempt de gigue appliqué à l'entrée. Ce phénomène est appelé gigue. Le NE lui-même produit cette gigue intrinsèque, par exemple en raison du bruit thermique et de la dérive des oscillateurs d'horloge et des circuits de récupération des données d'horloge. La gigue de sortie est la gigue totale mesurée à la sortie d'un système, exprimée en intervalles unitaires (UI). Un UI correspond à l'amplitude d'une période d'horloge, indépendamment du débit binaire et du codage du signal. Les résultats s'affichent sous forme de valeur crête à crête ou de valeur efficace (RMS) sur une plage de fréquences définie. Les résultats crête à crête offrent une meilleure mesure de l'impact sur les performances, car les valeurs extrêmes peuvent entraîner des erreurs, tandis que les valeurs efficaces renseignent sur la quantité totale moyenne de gigue.
2. Tolérance à la gigue (gigue maximale tolérable, MTJ) : mesure vérifiant la résilience des équipements après l'entrée de gigue, nécessaire pour confirmer que les éléments de réseau du système de transmission peuvent fonctionner sans erreur en présence de la gigue la plus défavorable des sections précédentes. La tolérance à la gigue est l'une des caractéristiques les plus importantes de la récupération d'horloge et des circuits d'entrée des équipements réseau.
3. Transfert de gigue (fonction de transfert de gigue, JTF) : mesure de la quantité de gigue transférée de l'entrée à la sortie de l'équipement réseau. La JTF est importante pour les circuits de récupération d'horloge en cascade dans les systèmes de transmission longue distance avec régénérateurs et terminaux de ligne. De plus, la mesure du transfert de gigue est nécessaire pour confirmer que les éléments réseau en cascade du système de transmission n'ont pas amplifié la gigue.
La courbe en baignoire permet également de distinguer la gigue aléatoire (RJ) de la gigue déterministe (DJ). La pente de la courbe en baignoire permet de mesurer la gigue aléatoire, tandis que les positions de décalage de pente sur l'axe des temps sont déterminées par la gigue déterministe. La gigue totale (TJ) est quantifiée en notant les points où le BER descend à 10-12 aux deux bords de l'œil, puis en soustrayant cet intervalle de la période binaire. La mesure est malheureusement longue. En pratique, les points de données sont mesurés à partir d'un BER de 10-3 à 10-8, puis extrapolés à un BER de 10-12.
2. Œil stressé, ou sensibilité du récepteur stressé (SRS) : Le test SRS vérifie qu'un récepteur peut fonctionner avec un taux d'erreur binaire (BER) supérieur à 10-12 lorsqu'il reçoit le signal autorisé le plus défavorable, ce qui est analogue à la tolérance à la gigue. Un test SRS se compose de deux parties : un masque oculaire et un modèle de gigue sinusoïdale, tous deux utilisés pour les mesures progressives. Le masque oculaire est conçu pour simuler diverses contraintes, notamment RJ, DCD, ISI et PJ. Les différents composants de contrainte sont ajoutés pour fermer l'œil (zone bleue sur la figure 2b), laissant une zone de fonctionnement sans erreur assurée au centre (zone blanche sur la figure 2b). Le récepteur est censé fonctionner correctement dans cette petite zone malgré les altérations. Une fois l'œil stressé construit, les performances du BER sont vérifiées en faisant passer la gigue sinusoïdale par les niveaux spécifiés dans le modèle de gigue (fréquences et amplitudes de gigue, voir la figure 2b). Le récepteur doit prendre en charge un signal entrant altéré avec gigue et diaphonie appliquées, et doit atteindre un BER de <10-12.
Configuration du test
Dans la configuration de test typique pour XFP illustrée à la figure 3, l'ONT-506 de FIBERLAND Solutions est utilisé pour vérifier l'intégrité de la gigue de l'émetteur-récepteur. Le module XFP intègre un émetteur et un récepteur optiques. Une extrémité du module est une interface électrique puce à puce 10 Gbit/s, ou interconnexion série XFI, qui gère les signaux différentiels 10 Gbit/s, tandis que l'autre extrémité est une connexion optique conforme aux normes 10 Gbit/s. Les modules XFP sont testés à l'aide d'une carte de test de conformité dotée de quatre connexions électriques haut débit, de deux entrées et de deux sorties. L'ONT-506 injecte un signal côté émission du module au point de test B' et mesure côté réception au point de test C'. La caractérisation précise des côtés émission et réception du module XFP nécessite des mesures électriques-optiques (tests B') et optiques-électriques (tests C').
La sortie optique (TX) reliée à l'entrée optique (RX) permet un test de gigue électrique-électrique. La sortie électrique (C') reliée à l'entrée électrique (B') permet un test de gigue optique-optique. La méthode de bouclage peut être utilisée pour la vérification du module, mais ne permet pas de vérifier les performances des côtés émission et réception indépendamment.
Conclusion
Les marchés des télécommunications et des communications de données utilisent tous deux le terme « gigue ». Les organismes de normalisation ont élaboré des spécifications et des mesures de gigue bien documentées, dont les exigences diffèrent selon le secteur. Les émetteurs-récepteurs XFP illustrent parfaitement les différentes normes de gigue prenant en charge plusieurs débits de données.
Trois configurations de test de base sont utilisées pour tester la gigue XFP. Pour que l'équipement de test soit conforme aux exigences de conformité, il doit prendre en charge toutes les applications de gigue de base pour les interfaces électriques et optiques.
La gigue est un facteur de performance clé dans les systèmes de transmission numérique à haut débit, tels que les réseaux optiques synchrones/hiérarchie numérique synchrone (SONET/SDH), les réseaux de transport optique (OTN) et 10 Gigabit Ethernet (GE). Cet article décrit les différences entre les normes de gigue des télécommunications et des communications de données, ainsi que les différentes applications de la gigue pour les tests de conformité des émetteurs-récepteurs XFP (Small Form Factor Pluggable) 10 G, devenus l'interface optique 10 G dominante pour les applications de télécommunications et de communications de données.
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