CN1007774B

CN1007774B - 多星形耦合器的光纤网络

Info

Publication number: CN1007774B
Application number: CN86100231A
Authority: CN
Inventors: 哈罗德·巴里·舒特利
Original assignee: Westinghouse Electric Corp
Current assignee: CBS Corp
Priority date: 1985-01-16
Filing date: 1986-01-15
Publication date: 1990-04-25
Also published as: US4641371A; ES550919A0; CN86100231A; ES8707049A1; EP0188379A2; JPS61170154A; EP0188379A3

Abstract

一种多星形耦合器的光纤网络包括一系列两个或多个位于不同的本地区域的无源传输星形耦合器，每个星形耦合器都服务于其本地区域的终端设备。在星形耦合器系列的相邻星形耦合器之间的一对中继站，在一个通道接收光信号，而且在至少一个不同的通道发送信息，由此避免相邻星形耦合器之间的重复反射。可以采用波长多路传送、调频和调幅技术以提供不同的通道，其中的一个通道可以是基带通道。可以采用修正的调幅技术在不同通道提供定向启动或阻通信号。

Description

一般来说，本发明涉及一种光通信网络，具体来说是涉及一种通过把很多无源传输星形耦合器相互连接而形成的光纤网络，而每个星形耦合器都服务于其本地区域中的终端设备。

由于光纤传输质量的不断改进，特别是由于带宽的增加和衰减率的减小，使光纤通信网络成为一种越来越具有吸引力的替换物，代替使用电导体作为传输介质的网络。为了完成光通信，将发送终端设备（例如电话、计算机或数控机床）中产生的电信号送到接收终端设备中的收发机。收发机使用该电信号调制来自光源（如发光二极管或激光器）的光。然后调制光通过光纤传输到接收终端设备中的收发机。收发机包括一个光检测器（如光二极管），使被调制的光信号再转变成电信号。这样，终端设备中的收发机和连接收发机的光纤有效地取代了电导体。像电导体一样，光纤可以传送模拟形式的或者数字形式的信息。

光纤传输星形耦合器是用于连接网络中的很多终端设备的无源耦合设备。在图1A中示意说明这样一个星形耦合器的物理结构，其中，四根光纤融合在喇叭形区域20，得到星形耦合器22，其具有光输入口24、26、28和30以及光输出口32、34、36和38。通过输入口24至30中任一个进入星形耦合器22的光均匀地分配给所有输出口32至38。例如，若一个单位强度的光进入输入口24，则输出口32至38中的每一个都通过四分之一单位强度的光（忽略小损耗）。星形耦合器22可用来连接四个终端设备，每一个终端设备通过光纤分别连接于一个输入口和一个输出口。

星形耦合器并不像图1A中的例子所示只局限于四对输入输出口。但通过一个星形耦合器可以相互连接的终端设备数一般小于80。这种限制部分地是由于制造较大的星形耦合器（即具有大于80对输入输出口的星形耦合器）有困难所致。另一个限制因素是在每一个光输出口能够得到的光功率反比于输出口的总数。所以，收发机能够达到的灵敏度实际上对星形耦合器本身作了限制。

图1B示意表示使用星形耦合器40的光纤通信网络。在该图中，本地区域A的终端设备42分别通过光纤44和46与星形耦合器40的光输入口和光输出口相连。同样，本地区域B的终端设备48和50通过光纤52、54、56和58与星形耦合器40相连。虽然图1B中只画出了终端设备42的收发机60，但是每个终端设备都有收发机。收发机60包括一个光发送机62，其接收来自终端设备42的数字化电信号，并且向光纤44发送光信号。收发机60还包括一个光接收机64，其接收来自光纤46的光信号并给终端设备42提供数字化电信号。

复杂的数字通信技术已经应用于光学网络，显然，发送机62和接收机64可能是相当复杂的。它们的精确结构取决于诸如所使用的数字编码电路的性质和通信程式这样的一些因素。但是作为一个简单的例子，图1C表示收发机66，它具有一个由驱动放大器67和发光二极管68组成的光发送机，驱动放大器通过导体70接收来自相连终端设备的信息流，而发光二极管则把ON或OFF的相应信息流光脉冲发送到光纤72的端部。在收发机66中的光接收机包括光检测器74（例如硅光二极管），它接收从光纤76的末端发出的光脉冲。来自检测器74的电信号由放大器78放大，并通过整形电路80（例如施密特触发器）得到很陡的上升沿和下降沿，然后把电信号形式的数字化数据提供给相连的终端设备。

图1B表示在单星形耦合器光纤网络中遇到的主要问题。如果终端设备散布很广，则把分离的光纤对连接在每一个终端设备上需要大量的光纤。这增加架缆的复杂性和网络成本。例如，若本地区域A表示在一个建筑物中的一套办公室，而本地区域B表示隔一个街区的另一个建筑物中的一套办公室，则需要大量的光纤使本地区域A中的10个终端设备和本地区域B中另外的10个终端设备相互连接。显然，尽管星形耦合器40的示意符号只表示出4对输入输出口，只能用来连接4个终端设备，但这并不意味是极限。如上所述，星形耦合器的容量经常远大于此，并且在实践中，星形耦合器40典型地用来连接多于图1B所示的三个终端设备。

如图2A所示，人们通过在本地区域A内使用星形耦合器84和在本地区域B内使用星形耦合器86（星形耦合器84和86通过一对光纤相连），试图减少连接本地区域A的许多终端设备82和本地区域B的许多终端设备83所需的光纤量。例如，本地区域A的一个终端设备发出的光脉冲通过星形耦合器84分配于其它的终端设备82，星形耦合器84也把脉冲分配给星形耦合器86，星形耦合器86本身又把信号分配给本地区域B的终端设备83。但是，若星形耦合器84有N对输入输出口，则仅有1/N的光功率送到星形耦合器86。若星形耦合器86也有N对输入输出口，显然，提供给每个终端设备83的光功率仅为1/N²。如果有三个星形耦合器，因子就是N³，以此类推。这种累次的功率衰减使得图2A的结构在典型的实际应用中不能令人满意。

人们试图通过在连接星形耦合器84和星形耦合器86的光纤中提供中继站88，避免这种功率的降低，如图2B所示。一般地说，中继站包括一个光接收机部分和一个光发送机部分。这种一般结构示于图2C中，其中从光纤90来的光信号输入到光接收机部分92，输出则是一个与光信号相一致的电信号。这个电信号被光发送机部分94再次转换成光信号，此信号发送给光纤95。就像终端设备的收发机内的光发送机和光接收机的情况一样，中继站的光接收机部分92和光发送机部分94的特殊结构取决于通信网络的性质。但是在使用图1C的收发机66的网络中，中继站的光接收机部分92可以由一系列连接的光检测器、放大器和整形电路组成，光发送机部分94由驱动放大器和发光二极管组成。

现在回到图2B，显然，为克服上面讨论的功率分配衰减问题而在星形耦合器84和星形耦合器86之间插入中继站88是不能令人满意的。星形耦合器84发射的“上行”光脉冲在到达星形耦合器86之前由中继站88再现，星形耦合器86使脉冲下行回到星形耦合器84。因为中继站88必须具有足够的灵敏度，以便检测来自与一个星形耦合器相连的任何终端设备的输入信号，并且必须具有足够的输出功率，以便把信号有效地传送到与另一个星形耦合器相连的任何终端设备，所以图2B的闭环结构会产生不稳定性。实质上，每个中继站88无休止地重复另一个中继站88的输出。

人们试图通过把中继站88电连接，以使两个中继站不能同时工作，来避免这个问题。然而这种权宜之计不能完全避免这个问题。例如，假定一个脉冲流从星形耦合器84发送到星形耦合器86，并且假定信息流通过时，下部中继站88使上部中继站88不工作。但是由于传播延迟，在星形耦合器86完成信号反射以前上部中继站88是工作的。为了保证可靠地工作，必须使上部中继站88在下部中继站88刚开始工作的随后的一个附加期间关闭。所需的该附加关闭期间等于光信号从下部中继站88通过星形耦合器86传送到上部中继站88所需要的时间。如果使用很长光纤的话，所增加的延迟是相当可观的。此外，对通过上部中继站88传送的信号来说，下部中继站88需要一个不同的关闭期间，因为这取决于信号从一个中继站通过星形耦合器84传送到另一个中继站的时间，从两个中继站到星形耦合器84的距离与到星形耦合器86的距离可能是不同的。

本发明的目的是提供一种多星形耦合器光纤网络，其中使用了许多光通道，以便增加星形耦合器之间的增益而又不引起由于相邻星形耦合器之间重复的信号反射所产生的网络不稳定性，该多星形耦合器网络使用许多传送定向信息的光通道以限制光信号的传送方向;该网络使用位于星形耦合器之间的中继站，并且在至少一个不同于其接收信号的光通道上发送信息;该网络使用带有收发机的终端设备，该收发机具有向许多通道提供光信号的光发送机;该网络使用波长多路传送、调频、调幅或修正的调幅技术避免不稳定性;并且在该网络中，一个光通道用作本地通信而不同的光通道用作“上行”和“下行”方向的通信。如果需要分枝网络的话，还可以在接合点使用一个或多个附加通道。

本发明以其广泛的形式包括一个连接很多光学终端设备的光纤网络（每个终端设备都有一个带有发送光信号的光发送机和接收光信号的光接收机的收发机），其包括：具有分别连接到终端设备中的收发机的光发送机和光接收机的很多光输入口和输出口的第一个星形耦合器（并且第一个星形耦合器还具有一个另外的光输入口和一个另外的光输出口）;具有分别连接到终端设备中的收发机的光发送机和光接收机的很多光输入和输出口的第二个星形耦合器（所述的第二个星形耦合器还具有一个另外的光输入口和另外的光输出口），其特征是通过在星形耦合器之间提高增益的装置补偿反复分配造成的光衰减，所述的提高增益的装置包括：把所述的第一个星形耦合器的所述的另外的光输出口连接到所述的第二个星形耦合器的所述的另外的光输入口的装置，以及把所述的第二个星形耦合器的所述的另外的光输出口连接到所述的第一个星形耦合器的所述的另外的光输入口的装置，用以提高从一个星形耦合器传送到另一个星形耦合器的光信号的增益，而避免所述的星形耦合器之间的来回反射，所述的装置包括一个上行中继站和一个下行中继站，上行中继站具有接收来自所述的第一个星形耦合器的所述的光输出口的光信号的光接收机装置和发送光信号到所述的第二个星形耦合器的所述的另外的光输入口的光发送机装置，下行中继站具有接收来自所述的第二个星形耦合器的所述的另外的光输出口的光信号的光接收机装置和发送光信号到所述的第一个星形耦合器的所述的另外的光输入口的光发送机装置，每个中继站的光发送机装置发送光信号，另一个中继站的光接收机装置对该信号不敏感。

此外叙述的较佳实施例提供一种光纤网络，其中在至少有两个星形耦合器的系列中，把上行和下行中继站放在两个相邻的星形耦合器之间，以减少光信号从一个星形耦合器传送到另一个星形耦合器时的功率损耗。为了避免由反射引起的不稳定性，上行中继站对下行中继站的输出不响应，反之亦然。在一个二星形耦合器网络中，每个星形耦合器都是一个“外部”星形耦合器，而且与两个星形耦合器都相连的终端设备的收发机向通道A和B发送信号但仅在通道A接收信号。相反，中继站仅能在通道B接收信号並且仅向通道A发送信号。当系列中有两个以上的星形耦合器，这样除外部星形耦合器以外还存在“内部”星形耦合器时，直接与内部星形耦合器相连的终端设备的收发机在本地通道接收信号，而向该本地通道、上行通道和下行通道发送信号。连接在两个相邻内部星形耦合器之间的上行中继站在上行通道接收信号而既向本地通道又向上行通道发送信号。另一方面，在两个相邻内部星形耦合器之间的下行中继站在下行通道接收信号而向本地和下行通道发送信号。可以通过波长多路传送技术获得这些通道。换句话说，可以使用频率多路传送，通过对电载波信号的频率调制或振幅调制得到一个或多个通道。一个基带通道可以与一个或多个调幅或调频通道一起使用。

在调幅系统中，本地通道可以由基带信号提供，上行通道可以由被基带信号控制的第一个振荡器提供，而下行通道可以由被基带信号控制的第二个振荡器提供。在修正的调幅系统中，上行和下行通道都由信息传送过程中连续存在的上行和下行信号提供，不受基带信号控制。上行和下行启动信号可以用来启动上行和下行中继站，并且启动发送基带信号和上行、下行信号的、与内部星形耦合器相连的每个终端设备的收发机。然而，如果使用上行和下行阻通信号，则与中间星形耦合器相连的终端设备的收发机仅能在基带通道发送信号。

从下面以举例方式给出的较佳实施例的说明，结合下述附图，可以更详细地理解本发明，其中：

图1A是具有4个光输入口和4个光输出口的光纤星形耦合器的平面图;

图1B是说明使用单一星形耦合器的光纤通信网络的示意图，通过该星形耦合器相互连接的终端设备布置在不同的本地区域;

图1C是说明把终端设备的数字化信号耦合到光纤网络的收发机的简单例子的示意方框图;

图2A示意说明一种通常不会采用的方法，即使用一对星形耦合器连接不同本地区域中的终端设备以减少单星形耦合器通信网络中必需的光纤数;

图2B示意说明一种通常不会采用的，图2A网络的修正;

图2C是说明中继站一般特点的示意方框图;

图3示意说明根据本发明的多星形耦合器光纤网络;

图4A和图4B分别是发送机和光接收机简单例子的示意方框图，当采用波长多路传送时，它们适宜用在图3的终端设备中;

图5A是说明光发送机简例的示意方框图，当在网络中使用频率调制时，它适宜用在图3的终端设备中;

图5B是一个波形图，表示施加在图5A的发光二极管上的电信号的例子;

图5C是说明光接收机简例的示意方框图，当在网络中使用频率调制时，它适宜用在图3的终端设备中;

图5D是说明中继站的光接收机部分的简例的示意方框图，当使用频率调制时，它适宜用在图3的网络中;

图6示意说明当网络中的星形耦合器系列有两个以上的星形耦合器时，根据本发明的多星形耦合器光纤网络的例子;

图7A是说明光发送机简例的示意方框图，当在网络中使用振幅调制时，它适宜用在图6的终端设备中;

图7B是一个波形图，它表示提供给图7A的发光二极管的电信号的例子;

图7C是补充说明图7A的一个非常简单的电路示意图;

图7D是说明光接收机简例的示意方框图，当使用振幅调制时，它适宜用在图6的终端设备中;

图7E是说明中继站的光接收机部分的简例的示意方框图，当在网络中使用振幅调制时，它适宜用在图6的系统中;

图8A是说明光发送机简例的示意方框图，当在网络中使用定向启动信号时，它适宜用在图6的终端设备中;

图8B是一个波形图，它表示提供给图8A的发光二极管的电信号的例子;

图8C是说明光接收机简例的示意方框图，当在网络中使用定向启动信号时，它适宜用在图6的终端设备中;

图8D是说明中继站的光接收机部分的简例的示意方框图，当使用定向启动信号时，它适宜用在图6的网络中;

图9是说明中继站简例的示意方框图，当在网络中使用定向阻通信号时，它适宜用在图6的网络中;

图10示意说明本发明的一个实施例，其中网络有分枝。

首先参考图3，多星形耦合器光纤网络96包括设置在一个本地区域内的带有星形耦合器102的终端设备98和100，以及设置在不同的本地区域内带有星形耦合器106的终端设备104。光纤108和110使终端设备98的收发机112分别与星形耦合器102的光输入口和输出口相连。同样，终端设备100的收发机（未画出）通过光纤114和116分别与星形耦合器102的光输入口和光输出口相连，终端设备104的收发机118通过光纤120和122分别与星形耦合器106的光输入口和光输出口相连。对于那些技术熟练的人来说，显然星形耦合器102和106可以承载比图3所示更多的终端设备，这取决于星形耦合器的光输入和输出口的数量。中继站124通过光纤126和星形耦合器102的光输出口相连，并且通过光纤128与星形耦合器106的光输入口相连。中继站130通过光纤132与星形耦合器106的光输出口相连，并且通过光纤134与星形耦合器102的光输入口相连。

继续参考图3，收发机112的光发送机136，向通道A和B发送信号，而光接收机138在通道A接收信号。同样，收发机118的光发送机140向通道A和B发送信号，而光接收机142在通道A接收信号。在网络中的其它终端设备（例如终端设备100）也向通道A和B发送信号，在通道A接收信号。中继站124和130的光接收机部分144在通道B接收信号，而光发送机部分146向通道A发送信号。

现在叙述网络96的一般工作情况。假定终端设备98产生了一个与传输到终端设备100的信息相一致的电信号。光发送机136把电信号转换成通道A中的光信号和通道B中的光信号，以使通道A和通道B都具有与原始电信号相一致的光信号，这些光信号通过光纤108，星形耦合器102和光纤116传送到终端设备100的收发机（未画出）中。这个收发机在通道A接收光信息（可以不管通道B中的相同信息），并且把该光信息转换成与在终端设备98内的原始电信号相一致的电信号。

下一步，假定来自终端设备98的信息要传送到终端设备104。从光发送机136来的、通道A和通道B中的光信号，通过光纤108、星形耦合器102和光纤126传送到中继站124的光接收机部分144。光接收机144在通道B接收信号，产生一个与终端设备98的原始电信号相一致的电信号，并把这个电信号提供给光发送机部分146，其仅在通道A产生一个光信号。这个光信号通过光纤128、星形耦合器106和光纤122传送到收发机118的光接收机142中，产生一个与终端设备98所提供的原始电信号相一致的电信号。中继站124在星形耦合器102和106之间提供增益，以使发送到收发机118的光功率是光发送机146提供的光功率的1/N倍，而不是光发送机136提供的光功率的1/N²倍（这里星形耦合器102和106每个都具有N对光输入输出口）。无论如何，网络96不容易产生不稳定性。在光纤128中通道A的光信号通过星形耦合器106和光纤132传送到中继站130的光接收机部分144，但是因为光接收机部分144仅仅接收通道B的光信号，所以它对中继站130的光发送机部分146并不产生电信号。最终结果是，来自中继站124的光信号确实被星形耦合器106返回，但并不通过中继站130传送回星形耦合器102。

在网络96内所使用的光信号可以通过波长多路传送、频率调制或振幅调制得到。波分复用技术的一个例子将参考图4A和图4B进行讨论。

图4A示意说明用在收发机中的通道A和B的光发送机，例如终端设备98的发送机136。发光二极管148以通道A的波长（例如840毫微米）发射光，而发光二极管150以通道B的波长（例如1060毫微米）发射光。发光二极管148和150通过导体152在电学上并联相接，从相连的终端设备串行接收数字化信号。光纤154和156组成光学耦合器157的两个输入，而耦合器157只在光纤158上有一个输出。来自发光二极管148的光由光纤154收集，而来自发光二极管150的光由光纤156收集。因此，如果发送数字“1”，则发光二极管148和150都发光，并且光纤158以通道A和通道B的波长发送光。另一方面，如果发送数字“0”，发光二极管148或150都不发光。收发机的光接收机可以是如硅光二极管那样的光检测器，它对通道A和通道B的波长都有响应。应当注意到，发光二极管典型地具有50毫微米的带宽，以至于，若对发光二极管选择840和1060毫微米的光，则在通道A和通道B之间应当有很小的重叠。硅光二极管在700-1100毫微米带宽内是灵敏的，而且在这个波段范围是极好的传输介质的光纤在市场上可买到。中心波长在700-1100毫微米范围以上（例如1300毫微米）的发光二极管也可以与一个砷化镓铟（InGaAs）定向器一起使用，或者使用激光二极管。

图4B示意说明中继站的光接收机部分，例如中继站124的光接收机部分144。光纤156把波长A和B的光传送到光学滤光器158，它仅允许波长B通过。光检测器160产生一个电信号，信号被放大器162放大并通过整形电路164（如施密特触发器）得到很陡的上升和下降沿。中继站的光发送机部分可以由通道A的发光二极管提供。

网络96的频率调制技术的实例将参考图5A-5D讨论。为便于说明起见，假定有一个要传送信息的终端设备以每秒2兆毕特的数据传输率提供信息流给相连的收发机，那么半微秒传送一个“1”和半微秒传送一个“0”。还假定通道A是基带通道（即“1”由持续半微秒的高强度光信号表示，“0”则由持续半微秒的低强度光信号表示），并且在通道B中使用频移开关，通道B的频率在6MHz（表示“0”）和8MHz（表示“1”）之间变化。

图5A示意说明在终端设备的收发机中的光发送机，例如图3中的发送机136。8MHz振荡器166的输出通过电控开关170与加法放大器168的输入电连接。6MHz振荡器172的输出通过电控开关174也与加法放大器168的输入相连。来自终端设备的信息流提供给与放大器168的输入电连接的终端176。当终端176的信号是“1”时，开关170关闭，把振荡器166的输出提供给放大器168。开关174通过反相器178被控制，因此当终端176出现“0”时，振荡器172的输出提供给放大器168。发光二极管180与放大器168的输出相连。当相连的终端设备不发送信息时，放大器168关闭（有关线路未画出）。

放大器168加有偏压，所以无论施加在终端176的信号怎样，放大器的输出都不经过零点。图5B表示当“1”和“0”加到终端176上时，放大器168的输出。当“1”加到终端176上时，输出是叠加在基带信号上的振荡器166的8MHz信号。另一方面，当“0”加到终端176上时，放大器168的输出是来自振荡器172的6MHz信号加上一个小偏置的和。当然，发光二极管180所发射的光信号在强度上也以图5B所示方式变化。

图5C是适宜用在终端设备的收发机中的光接收机，例如图3中的接收机138。光信号由光检测器182接收，由放大器184放大，由低通滤波器185滤波，提供给电平检测器186，它恢复通道A的基带信号（尽管恢复通道B的宽带信号的线路也可以替换使用）。实际上，图5C的线路只不过简单地不考虑叠加在基带信号上的6MHz和8MHz信号。

图5D是一个适宜用在中继站中的光接收机部分，例如在中继站124中的接收机部分144。光信号由光检测器188接收并由放大器190放大。放大器190的输出提供给带通滤波器192，它除去基带信号和任何高频噪声。然后频率-电压转换器194当6MHz信号存在时，产生一个低压输出，当8MHz信号存在时，产生一个高压输出，并且电平检测器196给出一个数字输出信号。中继站的光发送机部分可以简单的是一个发光二极管，它输出一个与电平检测器196产生的电基带信号相一致的光基带信号。

下一步转到图6，本发明并不局限于用在如图3所示的两个星形耦合器系统。多星形耦合器光纤网络196包括星形耦合器198、200、202、204和206，每个星形耦合器都位于不同的本地区域，并且每个星形耦合器都与在该本地区域中的很多终端设备相连。但是在图6中，只画出终端设备208、210、212和214。星形耦合器198通过中继站216和218与星形耦合器200相连;星形耦合器200通过中继站220和222与星形耦合器202相连;星形耦合器202通过中继站224和226与星形耦合器204相连;星形耦合器204通过中继站228和230与星形耦合器206相连。作为对讨论方便而做出的随意的约定，图6表示出“上行”方向和“下行”方向。因此，中继站216、220、224和228可称作“上行”中继站，而中继站230、226、222和218 可称作“下行”中继站。

在网络196中使用三个通信通道。本地通道A用来与直接连接到这个相同星形耦合器上的其它终端设备进行通信。例如，图6中的终端设备212通过通道A与终端设备210通信。通道B是上行通道，用来与连接到上行星形耦合器上的终端设备进行通信。例如，终端设备212通过通道B与终端设备214通信。最后，通道C是下行通道，用来与连接到下行星形耦合器上的终端设备进行通信。例如，终端设备212通过通道C与终端设备208通信。

为讨论方便起见，区别开星形耦合器系列两端的“外部星形耦合器”（即星形耦合器198和星形耦合器206）和外部星形耦合器之间的“内部星形耦合器”是有用的。同样，“外部成分”是指直接与外部星形耦合器相连的成分。例如，终端设备208和中继站216与218是外部成分，它们直接与外部星形耦合器198相连。另一方面，“内部成分”是那些仅与内部星形耦合器相连的其它成分。例如，终端设备210和212以及中继站220和222是内部成分。

继续参考图6，在内部终端设备的收发机中的光发送机全都向通道A、B和C发送信号，而这些收发机的光接收机只在通道A接收信号。内部的上行中继站具有在通道A和B发送信号的发送机部分和在通道B接收信号的光接收机部分。最后，内部的下行中继站的光发送机部分在通道A和C发送信号，光接收机部分在通道C接收信号。例如，图6中的内部终端设备212向通道A、B和C发送信号，上行中继站220在通道B接收信号并向通道A和B发送信号，下行中继站222在通道C接收信号并向通道A和C传送信号。

为说明方便起见，假设终端设备212发送一个信息，此信息同时送给通道A、B和C。这个信息到达在通道A接收信号的终端设备210。这个信息也到达连接到星形耦合器202上的终端设备（未画出），因为通道B的信息通过中继站220转换成通道A和B的信息。与星形耦合器202相连的终端设备（未画出）通过通道A接收信息。中继站224接收通道B的信息，并在通道A和B产生输出，使信息进一步上行。另一方面，如果与星形耦合器202相连的终端设备（未画出）发送一个信息，则中继站222在通道C接收这个信息并把它转换成通道A和C的信息。

总之，内部终端设备向本地通道A、上行通道B和下行通道C发送信息。信息通过通道A到达连接到这个相同星形耦合器上的另外的终端设备，因为所有的终端设备都在通道A接收信息。信息到达与上行星形耦合器相连的终端设备，因为上行中继站在上行通道B接收信息，向本地通道A（对于连接到随后的上行星形耦合器上的终端设备）和上行通道B（被随后的上行中继站所接收）发送信息。同样，信息到达与下行星形耦合器相连的终端设备，因为下行中继站在下行通道C接收信息，并向本地通道A（对于连接到随后的下行星形耦合器上的终端设备）和下行通道C（被随后的下行中继站所接收）发送信息。如果需要的话，外部成分可以稍微简化。因为没有从外部星形耦合器198下行的星形耦合器了，所以，与它相连的终端设备只需向本地通道A和上行通道B发送信息。外部中继站216，像内部上行中继站一样，在上行通道B接收信息，并且向本地通道A和上行通道B发送信息。但是，不同于内部下行中继站，外部下行中继站218在下行通道C接收信息，而仅向本地通道A发送信息，这是因为没有从星形耦合器198下行的星形耦合器了。同样理由，与外部星形耦合器206相连的外部成分可以做如下简化：中继站228在上行通道B接收信息而向本地通道A发送信息，终端设备214在本地通道A接收信息而向本地通道A和下行通道C发送信息，中继站230在下行通道C接收信息而向本地通道A和下行通道C发送信息。下面的表一总结了上述关系：

表一

发送通道接收通道

上行中继站

216 A和B B

220 A和B B

224 A和B B

228 A B

下行中继站

218 A C

222 A和C C

226 A和C C

230 A和C C

与星形耦合器相连的

终端设备

198（外部） A和B A

200（内部） A、B和C A

202（内部） A、B和C A

204（内部） A、B和C A

206（外部） A和C A

显然对于那些技术熟练的人来说，参考图3所讨论的波分复用技术或频分复用技术，可以容易地扩展用于图6的网络196中。例如，在波长多路传输技术中，由附加的另一个发光二极管提供一个附加通道，不同的波长可以由不同位置的位置检测器检测。但是实现网络196的特例将参考调幅技术进行讨论。讨论中将使用图7A-7E，在这里，再次假定数据传输率是每秒2兆毕特。基带信号提供给本地通道A，而上行通道B是一个6MHz信号，下行通道C是一个12MHz信号。

图7A表示内部终端设备的收发机的光发送机。信息流加到与加法放大器234的输入端电连接的终端232上。1MHz振荡器236和2MHz振荡器238通过电控开关240和242与放大器234的其它输入端相连。当电信号“1”出现在终端232上时，放大器234则把这个信号加到来自振荡器236与238的6MHz、12MHz信号上，产生如图7B所示波形。发光二极管则产生一个相应的光信号。可是，当电信号“0”加到终端232上时，发光二极管244不发光。

实现图7A的一个特别简单的例子表示在图7C中，其中，输入信号加在电阻246上，再输给三极管246的基极。当终端232的信号为“0”时，三极管246偏置在中断位置。

图7D表示内部终端设备的收发机中的光接收机线路方框图。光信号由光检测器248接收，並由放大器250放大。由低通滤波器252除去6MHz和12MHz信号，最后得到的基带信号是由整形电路254给出的很陡的波形。

图7E表示适宜用作中继站的光接收机部分的线路方框图。由光检测器256接收光信号，并由放大器258放大。带通滤波器260分出或是6MHz的通道B信号（对上行中继站）或是12MHz的通道C信号（对下行中继站）。包络检测器262以所选择的滤波器频率提供一个与信号强度相一致的输出信号，整形电路264通过给出很陡的波形完成基带信号的再现。中继站的光发送机部分除了只需要一个振荡器以外，与图7A的电路相似。

修正的振幅调制技术也可用在网络196中。图8A-8D的修正技术依赖于定向启动信号。给本地通道A提供基带信号，给上行通道B提供连续的6MHz信号，而给下行通道C提供连续的12MHz信号。基本上，内部终端设备在基带接收信号，并且除了发送基带信号以外还发送上行和下行定向码。当上行内部中继站被上行信号启动时，它们发送基带信号和上行启动信号。同样，当内部下行中继站被下行启动信号启动时，它们发送基带信号和下行启动信号。

图8A表示使用定向启动信号时，内部终端设备的收发机中的光发送机的例子。基带电信号以信息流的形式加到与加法放大器268的输入电连接的终端266上，6MHz振荡器270（对上行信号，B）和12MHz振荡器272（对下行信号，C）提供268的其它输入。放大器268的电输出具有偏压，以避免过零点，如图8B所示。发光二极管274把这个电信号转换成相应的光信号。当相连的终端设备不发送信息时，放大器268被图中未画出的电路关闭。

图8C表示使用定向启动信号时，内部终端设备的收发机中的光接收机的例子。光信号由光检测器276接收并由放大器278放大。6MHz和12MHz的信号由低通滤波器280除去，并由整形电路282得到很陡的波形。

图8D表示使用定向启动信号时，内部中继站的光接收机部分的例子。光信号由光检测器284接收并由放大器286放大。基带信号由低通滤波器288和整形电路290再现。同时，适当选择滤波器292的频率响应，带通滤波器292和包络检测器294确定或者存在上行启动信号（通道B）或者存在下行启动信号（通道C）。假定图8D的光接收机用在上行内部中继站中，例如，带通滤波器292的频率位于通道B频率中心，即6MHz，并且假定除6MHz信号以外还有基带信号落在检测器284上。在这种情况下，包络检测器294在整个信息传送过程中的输出是“1”，因此“与”门296的输出取决于基带信号。中继站的光发送机部分除了只需上行信号振荡器以外，与图8A的电路相似。

在使用定向阻通信号的修正系统中，中继站传送通道A（基带）的信号，除非此信号附有一个阻通信号。这样，上行中继站被下行信号阻断，而下行中继站被上行信号阻断。这使终端设备简化;收发机中的光发送机只需向基带通道发送信号。收发机的光接收机可以如图8C中所示的那样。图9表示在使用定向阻通信号的网络中的内部中继站的例子，其既有光接收机部分也有光发送机部分。在图9中，光信号由光检测器298接收，并由放大器300放大。低通滤波器302和整形电路304再现基带信号。同时，带通滤波器306和包络检测器308确定是否存在一个预定的阻通信号。例如，若图9的中继站是下行中继站，则带通滤波器306调谐到下行阻通信号频率。反相器310连在包络检测器308和“与”门312的输入端之间，因此在“与”门312的输出端是基带信号，除非接收到下行阻通信号。结果，显然无论检测器298接收单独的基带信号还是接收附带上行阻通定向信号的基带信号，门312的输出总是基带信号。无论哪种情况发生，都由振荡器316提供一个上行阻通信号，通过开关317加到加法放大器314上，并且相应地开启发光二极管318。

如果需要的话，可以修改线性光纤网络（例如图6中的网络196），以提供分枝。图10表示这样一种修改，其中，多星形耦合器光纤网络320具有主部322和枝部324。主部322包括星形耦合器326、328、330、332和334，上行中继站336、338、340和342，下行中继站344、346、3348和350。在星形耦合器330处与主部322相连的枝部324包括星形耦合器352和354，出分枝中继站356和358，以及入分枝中继站360和362。

为容纳分枝部分324，一些直接与星形耦合器330相连的中继站需要一个附加的光通道（通道D）。给星形耦合器330提供信号的每一个中继站向通道A（终端设备通道）以及通道B、C、D中的一个通道发送信息，从星形耦合器330接收信号的每一个中继站在通道B、C和D中的两个通道接收信息。下面的表二说明了附加通道的用途（应注意到，在表二中，分枝部分324被假定扩展出星形耦合器354之外;否则，若星形耦合器354是外部星形耦合器的话，则中继站358只需要向通道A发送信息）：

表二

发送通道接收通道

上行中继站

336 A和B B

338 A和B B

340 A和B B和D

342 A B

下行中继站

344 A C

346 A和C C和D

348 A和C C

350 A和C C

出分枝中继站

356 A和B B和C

358 A和B B

入分枝中继站

360 A和D C

362 A和C C

一般说来，如果N个中继站信道都连在一个星形耦合器上，则从这个星形耦合器接收信息的每个中继站都在N-1个通道接收信号。在接合处，全部需要N+1个通道，一个用于终端设备，一个用于给星形耦合器发送信息的每个中继站。

从上述讨论，显然本发明提供了一种系统，此系统增加星形耦合器之间的增益，以补偿在多星形耦合器光纤网络中信号逐星形耦合器传送时反复分配造成的光功率的衰减。中继站可以插在星形耦合器之间，但又不会由于在很多通道提供光信号而引入不稳定性。这可以由波分复用传送、频率调制或振幅调制技术，包括使用定向启动或阻通信号的修正调幅技术来完成。

可以理解，本发明的上述说明可做各种修正、改变和修改，而这些修正、改变和修改都被理解为在附加权利要求的等同物的意义和范围之内。

Claims

1、一种用于连接很多光学终端设备的光纤网络(每个终端设备都有一个带有发送光信号的光发送机和接收光信号的光接收机的收发机)，其包括：

具有分别连接到终端设备中的收发机的光发送机和光接收机的很多光输入口和光输出口的第一个星形耦合器(并且第一个星形耦合器还具有一个另外的光输入口和一个另外的光输出口)；

具有分别连接到另外的终端设备中的收发机的光发送和光接收机的很多光输入口和光输出口的第二个星形耦合器(所述的第二个星形耦合器还具有一个另外的光输入口和一个另外的光输出口)，

其特征在于提高星形耦合器之间的增益以补偿反复分配造成的光衰减的装置，所述的提高增益的装置包括：

把所述的第一个星形耦合器的所述另外的光输出口连接到所述的第二个星形耦合器的所述另外的光输入口的装置，以及把所述的第二个星形耦合器的所述另外的光输出口连接到所述的第一个星形耦合器的所述另外的光输入口的装置，用以提高从一个星形耦合器传送到另一个星形耦合器的光信号的增益，而避免所述的星形耦合器之间的来回反射，

所述的装置包括一个上行中继站和一个下行中继站，上行中继站具有接收来自所述的第一个星形耦合器的所述另外的光输出口的光信号的光接收机装置和发送光信号到所述的第二个星形耦合器的所述另外的光输入口的光发送机装置，下行中继站具有接收来自所述的第二个星形耦合器的所述另外的光输出口的光信号的光接收机装置和发送光信号到所述的第一个星形耦合器的所述另外的光输入口的光发送机装置，每个中继站的光发送机装置发送光信号，另一个中继站的光接收机装置对该信号不敏感，

其中，终端设备的收发机中的光发送机包括向传送相同光波长的很多通道发送光信号的装置，并且，对每个中继站，所述的光接收机装置包括在一个通道接收光信号的装置，而所述的光发送机装置包括向至少一个不同的通道发送光信号的装置。

2、权利要求1中的网络，其中，诸通道包括一个基带通道和至少一个定向启动信号通道，并且，对每一个中继站，所述的光接收机装置包括接收基带信号的装置和对于控制基带信号的定向启动信号的应答装置。

3、权利要求1中的网络，其中，终端设备的收发机中的光发送机向第一和第二通道发送光信号，而终端设备的收发机中的光接收机在第一通道接收光信号，并且，对每一个中继站，所述的光接收机装置包括在第一通道接收光信号的装置，而所述的光发送机装置包括向第二通道发送光信号的装置。

4、权利要求1中的网络，进一步包括至少一个附加的星形耦合器，以及把所述的至少一个附加的星形耦合器与所述的第一个和第二个星形耦合器连成星形耦合器系列的装置。

5、权利要求1中的网络，其中，所述的第一个星形耦合器还有另一个光输入口和另一个光输出口，并且进一步包括一个分枝链，此分枝链有至少一个星形耦合器以及与所述的另一个光输入口和输出口光学连接的许多中继站。

6、权利要求1中的网络，其中，诸通道中的至少一个通道是频率调制通道。

7、权利要求6中的网络，其中，诸通道中的至少一个通道是基带通道。

8、权利要求7中的网络，其中，对每一个中继站，所述的光接接机装置包括接收调频光信号的装置，而所述的光发送机装置包括至少发送基带信号的装置。

9、权利要求1中的网络，其中，诸通道中的至少一个通道是振幅调制通道。

10、权利要求9中的网络，其中，诸通道中的至少一个通道是基带通道。

11、权利要求10中的网络，其中，对每一个中继站，所述的光接收机装置包括接收调幅光信号的装置，而所述的光发送机装置包括至少发送基带信号的装置。

12、一种用于连接很多光学终端设备的光纤网络（每个终端设备都有一个带有发送光信号的光发送机和接收光信号的光接收机的收发机），其包括：

具有分别连接到终端设备中的收发机的光发送机和光接收机的很多光输入口和光输出口的第一个星形耦合器（并且第一个星形耦合器还具有一个另外的光输入口和一个另外的光输出口）;

具有分别连接到另外的终端设备中的收发机的光发送机和光接收机的很多光输入口和光输出口的第二个星形耦合器（所述的第二个星形耦合器还具有一个另外的光输出口），

其特征在于提高星耦合器之间的增益以补偿反复分配造成的光衰减的装置，所述的提高增益的装置包括：

其中，与所述的星形耦合器中的一个相连的终端设备的收发机中的光发送机向第一和第二通道发送光信号，与所述的星形耦合器中的另一个相连的终端设备的收发机中的光发送机向第一、第二和第三通道发送光信号，与两个星形耦合器中的任一个相连的终端设备的收发机中的光接收机在第一通道接收光信号，并且，对所述中继站中的一个，光接收机装置包括在第二通道接收光信号的装置，而光发送机装置包括向第一和第二通道发送光信号的装置、对所述中继站中的另一个，光接收机装置包括在第三通道接收光信号的装置，而光发送机装置包括向第一通道发送光信号的装置。

13、权利要求12中的网络，其中，诸通道传送不同波长的光。

14、权利要求12中的网络，进一步包括至少一个附加的星形耦合器，以及把所述的至少一个附加的星形耦合器与所述的第一个和第二个星形耦合器连成星形耦合器系列的装置。

15、权利要求12的网络，其中，所述星形耦合器中的一个有另一个光输入口和另一个光输出口，并且进一步包括一个分枝链，此分枝链有至少一个星形耦合器以及与所述的另一个光输入口和输出口光学连接的许多中继站。

16、权利要求12中的网络，其中，诸通道传送相同波长的光。

17、权利要求16中的网络，其中，诸通道中的一个通道是基带通道，其余的通道是频率调制通道。

18、权利要求16中的网络，其中，诸通道中的一个通道是基带通道，其余的通道是振幅调制通道。