DE10117175A1

DE10117175A1 - Operation of a bi-directional optical signal transmission system has electro optical converters in line modules

Info

Publication number: DE10117175A1
Application number: DE2001117175
Authority: DE
Inventors: Andreas Pape; Michael Echterhoff
Original assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Current assignee: Phoenix Contact GmbH and Co KG
Priority date: 2001-04-06
Filing date: 2001-04-06
Publication date: 2002-11-07
Anticipated expiration: 2021-04-07
Also published as: DE10117175B4

Abstract

The optical signals are transmitted bidirectionally between modules (30,31) . Each module has a data evaluation stage (6) that receives and sends (7,9) electronic digital data. Analogue signals (2) are sent to an electro optical transceiver (1) that has optical receiver (5) and a transmitter (4) that provide bi-directional transfer over the optical cable (9).

Description

description

Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zum Betrieb eines Lichtwellenleiter-Übertragungssystems nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1.The invention relates to a device for operating a Optical fiber transmission system according to the preamble of Claim 1.

State of the art

In einem bekannten in Handbuch IBS RL SYS PRO UM Rev. B, (04/2000) beschriebenen Lichtwellenleiter-Übertragungssystem sind für ein Protokoll nach dem Summenrahmenverfahren zwei Optische Leiter für jede Verbindung zwischen den Modulen notwendig. Ein optischer Leiter ist für den Datenhinweg, der andere optische Leiter für den Datenrückweg notwendig. Hierbei sind immer zwei optische Leiter notwendig, was sich nachteilig auf den Installationsaufwand des Lichwellenleiter- Übertragungssystems auswirkt.In a well-known in manual IBS RL SYS PRO UM Rev. B, (04/2000) described optical fiber transmission system are two for a protocol using the cumulative framework Optical conductors for every connection between the modules necessary. An optical conductor is for the data route that other optical conductors are required for the data return. in this connection two optical conductors are always necessary, which is disadvantageous on the installation effort of the fiber optic Transmission system affects.

IN DE 198 25 357 A1 ist ein Verfahren beschrieben, bei welchem ein bidirektionales Datenübertragungssystem mit Summenrahmenprotokoll in eine Halbduplex-Übertragung über einen einzigen physikalischen Kanal umgesetzt wird. Dieses Verfahren hat den entscheidenden Nachteil, daß die Komponenten für die Umsetzung eine aufwendige Zwischenspeicherung des Summenrahmens vornehmen müssen. Zusätzlich muß das Summenrahmenprotokoll in ein Protokoll für die Halbduplex- Übertragung umgewandelt werden und um die zeitlichen Anforderungen des Summenrahmen-Protokolls zu erfüllen, mit höherer Datenrate übertragen werden. Die für dieses Verfahren notwendige Intelligenz erfordert, wie aus der DE 198 25 357 A1 zu entnehmen, auch einen hohen Realisierungsaufwand.DE 198 25 357 A1 describes a method in which a bidirectional data transmission system with Sum frame protocol in a half-duplex transmission over a single physical channel is implemented. This Process has the major disadvantage that the components for the implementation of a complex intermediate storage of the Need to make a total framework. In addition, that Sum frame protocol in a protocol for half-duplex Transmission to be converted and timed To meet the requirements of the summary framework protocol with higher data rate are transmitted. The for this procedure Requires intelligence, as from DE 198 25 357 A1 can also be seen in a high implementation effort.

In einem IBM Technical Disclosure Bulletin, April 1977, ist eine bidirektionale optische Verbindung beschrieben, bei welcher jeder Datenkanal eine eigene optische Wellenlänge erhält, so daß mehrere Datenkanäle über einen einzigen optischen Leiter übertragen werden. Zwischen dem optischen Sender oder Empfänger und dem optischen Leiter sind jeweils strahlteilende Mittel angeordnet. Wegen der durch die unterschiedliche optische Wellenlänge bedingten Lichtbrechung wird eine räumliche Ablenkung der einzelnen optischen Signale erzielt. Der mechanische Aufwand zum justieren der strahlteilenden Mittel und die Kosten für die strahlteilenden Mittel sind als nachteilig anzusehen. Ein weiterer entscheidender Nachteil ist, daß der optische Leiter für mehrere zu übertragende Wellenlängen vorgesehen ist. Diese Eigenschaft ist nur bei hochwertigen optischen Leitern vorhanden, die wiederum kostenintensiv oder oftmals empfindlich auf mechanische oder thermische Einflüsse reagieren.In an IBM Technical Disclosure Bulletin, April 1977, is described a bidirectional optical connection, at which each data channel has its own optical wavelength receives so that multiple data channels over a single optical conductor can be transmitted. Between the optical Transmitter or receiver and the optical conductor are each beam splitting means arranged. Because of the through the different optical wavelength-related refraction becomes a spatial deflection of the individual optical signals achieved. The mechanical effort to adjust the beam splitting means and the cost of the beam splitting Means are to be regarded as disadvantageous. Another decisive disadvantage is that the optical conductor for several wavelengths to be transmitted is provided. This Property is only with high quality optical conductors available, which in turn is expensive or often sensitive to mechanical or thermal influences react.

task

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine bidirektionale Datenübertragung zu realisieren, welche über einen einzigen optischen Leiter gleichzeitig in beide Richtungen durchgeführt werden kann. Die Übertragung der optischen Signale für beide Richtungen erfolgt durch die Verwendung einer optischen Wellenlänge. Zwischen den elektrooptischen Signalumsetzern und dem optischen Leiter sind keine strahlteilenden Mittel angeordnet.The invention has for its object a bidirectional Realize data transmission, which over a single optical conductor performed in both directions simultaneously can be. The transmission of the optical signals for both Directions is done through the use of an optical Wavelength. Between the electro-optical signal converters and the optical conductor are not beam-splitting means arranged.

Solution of the task

Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die im Anspruch 1 aufgeführten Merkmale gelöst.The object is achieved by the in claim 1 listed features solved.

Die erfindungsgemäße Einrichtung besteht aus einer elektronischen Daten-Auswerteeinrichtung, welche aus dem analogen Empfangssignal und dem analogen Sendesignal das digitale Empfangssignal erzeugen. Das analoge Empfangssignal wird durch den elektrooptischen Signalumsetzer generiert, das analoge Sendesignal für den elektrooptischen Signalumsetzer wird in der elektronischen Daten-Auswerteeinrichtung aus dem digitalen Sendesignal erzeugt. Innerhalb der elektronischen Daten-Auswerteeinrichtung sind Mittel vorhanden, welche aus dem analogen Empfangssignal und dem analogen Sendesignal mit Hilfe einer analogen Rechenoperation das digitale Empfangssignal gewinnen. Als Mittel für die analoge Rechenoperation können elektronische Operationsverstärker in der für diese Anwendung notwendigen Beschaltung und Betriebsart verwendet werden. Eine weitere Möglichkeit für diese analoge Rechenoperation ist die Verwendung von digital arbeitenden Mitteln oder datenverarbeitende Mittel wie Computer oder einer beliebigen Kombination daraus. Allgemein ausgedrückt kann man sagen, daß aus der internen Pegelmessung des analogen Empfangssignals, mit Hilfe einer dem analogen Sendesignal entsprechenden Prioritätsbeurteilung das digitale Empfangssignal erzeugt und für die weitere digitale Bearbeitung, zum Beispiel für die Protokollauswertung, im Modul bereitgestellt wird. Da die elektronische Daten- Auswerteeinrichtung ausschließlich die Signalpegel des analogen Empfangssignals und des analogen Sendesignals zur Erzeugung des digitalen Empfangssignals verwendet, brauchen für diese elektronischen Daten-Auswerteeinrichtungen das Übertragungsprotokoll oder die Datenrate nicht bekannt sein. Eine bidirektionale optische Datenübertragung über einen einzigen optischen Leiter ist auch dann möglich, wenn sich das Übertragungsprotokoll in der einen Richtung vom Protokoll in der Gegenrichtung unterscheidet. Eine bidirektionale optische Datenübertragung über einen einzigen optischen Leiter ist ebenfalls möglich, wenn sich die Datenrate in der einen Richtung von Datenrate in der Gegenrichtung unterscheidet. Auch können sich Übertragungsprotokoll und Datenrate in der einen Richtung von dem Übertragungsprotokoll und der Datenrate in der Gegenrichtung unterscheiden.The device according to the invention consists of a electronic data evaluation device, which from the analog receive signal and the analog transmit signal Generate digital reception signal. The analog receive signal is generated by the electro-optical signal converter, the analog transmit signal for the electro-optical signal converter is in the electronic data evaluation device from the digital broadcast signal generated. Within the electronic Data evaluation devices are available which are made up of the analog receive signal and the analog transmit signal The digital using an analog arithmetic operation Receive signal received. As a means for the analog Computing can be used in electronic operational amplifiers the circuitry necessary for this application and Operating mode can be used. Another way for this analog arithmetic operation is the use of digital working means or data processing means such as Computer or any combination thereof. Generally expressed it can be said that from the internal level measurement of the analog received signal, with the help of an analog Broadcast signal corresponding priority assessment the digital Received signal generated and for further digital Processing, for example for log evaluation, in Module is provided. Since the electronic data Evaluation device only the signal level of the analog receive signal and the analog transmit signal for Generation of the digital received signal used need for these electronic data evaluation devices Transmission protocol or the data rate may not be known. A bidirectional optical data transmission over a single optical conductor is also possible if that Transmission protocol in one direction from the protocol in the opposite direction. A bidirectional optical Data transmission is via a single optical conductor also possible if the data rate in one Direction differs from data rate in the opposite direction. The transmission protocol and data rate can also differ a direction from the transmission protocol and the data rate distinguish in the opposite direction.

Im folgenden wird die Erfindung anhand eines Ausführungsbeispiels und den dazugehörigen Figuren beschrieben. In the following the invention is based on a Embodiment and the associated figures described.

Heading the figures

Fig. 1 zeigt die beispielhaft eine Übersicht eines Lichtwellenleiter-Übertragungssystem mit den die Daten übertragenden Modulen. Fig. 1 shows by way of example an overview of an optical fiber transmission system with which the data transmitting modules.

Fig. 2 zeigt die in zwei miteinander Daten übertragende Modulen angeordneten elektrooptischen Signalumsetzer und die elektronischen Daten-Auswerteeinheiten. Fig. 2, the transmitting in two interrelated data modules arranged electro-optical signal converter and the electronic evaluation unit displays data.

Fig. 3 zeigt detailliert die funktionalen Blöcke in einem Modul. Fig. 3 shows in detail the functional blocks in a module.

Fig. 4 zeigt beispielhaft die für die elektronische Daten- Auswerteeinrichtung notwendigen digitalen und analogen Signale im zeitlichen Verlauf. Fig. 4 shows an example of the necessary data for the electronic evaluation device digital and analog signals over time.

LIST OF REFERENCE NUMBERS

11

elektrooptischer Signalumsetzer, Transceiver im Modul A
electro-optical signal converter, transceiver in module A

22

Analoges Sendesignal im Modul A
Analog transmission signal in module A

33

Analoges Empfangssignal im Modul A
Analog receive signal in module A

44

Optischer Sender im Transceiver des Moduls A
Optical transmitter in the transceiver of module A

55

Optischer Empfänger im Transceiver des Moduls A
Optical receiver in module A transceiver

66

Daten-Auswerteeinrichtung im Modul A
Data evaluation device in module A

77

Digitales Empfangssignal A
Digital receive signal A

88th

Digitales Sendesignal A
Digital transmission signal A

99

Optischer Leiter
Optical conductor

1111

elektrooptischer Signalumsetzer, Transceiver im Modul B
electro-optical signal converter, transceiver in module B

1212

Analoges Sendesignal im Modul B
Analog transmission signal in module B

1313

Analoges Empfangssignal im Modul B
Analog receive signal in module B

1414

Optischer Sender im Transceiver des Moduls B
Optical transmitter in the module B transceiver

1515

Optischer Empfänger im Transceiver des Moduls B
Optical receiver in the transceiver of module B

1616

Daten-Auswerteeinrichtung im Modul B
Data evaluation device in module B

1717

Digitales Empfangssignal B
Digital reception signal B

1818

Digitales Sendesignal B
Digital transmission signal B

2020

Senderansteuerung
transmitter control

2121

Signalfilter
signal filter

2222

Zwischensignal
intermediate signal

2323

Proportionalitätssignal
Proportionalitätssignal

2424

Optisches Empfangssignal
Optical reception signal

2525

Optisches Sendesignal
Optical transmission signal

2626

Pegelwandler
level converter

2727

Schwellwert
threshold

3030

erstes Modul, Modul A
first module, module A

3131

zweites Modul, Modul B
second module, module B

3232

beliebiges weiteres Modul, Modul N
any other module, module N

embodiment

In Fig. 1 ist beispielhaft die Anordnung von Modulen 30, 31, 32 dargestellt, welche zur bidirektionalen Datenübertragung jeweils mit einem einzigen optischen Leiter 9 verbunden sind.In Fig. 1 is an example of the arrangement of modules 30, illustrated 31, 32, which are respectively connected for bidirectional data transmission with a single optical conductor 9.

Fig. 2 zeigt beispielhaft die bidirektionale Datenübertragung zwischen zwei Modulen 30, 31. Schematisch sind innerhalb der Module die elektrooptischen Umsetzer 1,11 und die elektronischen Daten-Auswerteeinrichtungen 6, 16 dargestellt. Im folgenden wird die bidirektionale Datenübertragung im ersten Modul, Modul A 30, beschrieben. Das digitale Sendesignal 8 wird der elektronischen Daten- Auswerteeinrichtung 6 zugeführt. In dieser elektronischen Daten-Auswerteeinrichtung 6 erfolgt die Signalumsetzung, um ein analoges Sendesignal 2 zu generieren, welches die Bedingungen zur Ansteuerung des optischen Senders 4 im elektrooptischen Signalumsetzer 1 erfüllt. Das über den optischen Empfänger 5 gewandelte analoge Empfangssignal 3, welches Empfangs-Daten 24 aus dem optischen Leiter 9 und aus dem optischen Sender 4 enthalten kann, wird der elektronischen Daten-Auswerteeinrichtung 6 zugeführt. Hier erfolgt die Signalauswertung, welche als Ergebnis das digitale Empfangssignal A 7 ausgibt. Über den optischen Leiter 9 werden die optischen Signale gleichzeitig von Modul A 30 nach Modul B 31 und von Modul B 31 nach Modul A 30 übertragen. Im folgenden wird der Ablauf im Modul B 31 beschrieben. Der optischer Empfänger 15 wandelt das empfangene optische Empfangssignal am Modul B 31 in ein analoges Empfangssignal 13 um. Die elektronische Daten-Auswerteeinrichtung 16 erzeugt aus dem analogen Empfangssignal 13 und dem zugeführten digitalen Sendesignal B 18 das digitale Empfangssignal B 17. Das analoge Sendesignal B 12 steuert den optischen Sender 14 an, welcher das optische Sendesignal von Modul B 31 auf den Optischen Leiter 9 ausgibt. Fig. 2 shows an example of the bi-directional data transfer between two modules 30, 31. The electro-optical converters 1 , 11 and the electronic data evaluation devices 6 , 16 are shown schematically within the modules. The bidirectional data transmission in the first module, module A 30, is described below. The digital transmission signal 8 is fed to the electronic data evaluation device 6 . The signal conversion takes place in this electronic data evaluation device 6 in order to generate an analog transmission signal 2 which fulfills the conditions for controlling the optical transmitter 4 in the electro-optical signal converter 1 . The analog received signal 3 converted via the optical receiver 5 , which can contain received data 24 from the optical conductor 9 and from the optical transmitter 4 , is fed to the electronic data evaluation device 6 . The signal evaluation takes place here, which outputs the digital received signal A 7 as a result. The optical signals are transmitted simultaneously from module A 30 to module B 31 and from module B 31 to module A 30 via the optical conductor 9 . The procedure in module B 31 is described below. The optical receiver 15 converts the received optical received signal at the module B 31 into an analog received signal 13 . The electronic data evaluation device 16 generates the digital reception signal B 17 from the analog reception signal 13 and the supplied digital transmission signal B 18. The analog transmission signal B 12 controls the optical transmitter 14 , which sends the optical transmission signal from module B 31 to the optical conductor 9 outputs.

Fig. 3 zeigt schematisch die funktionale Verbindung der internen Signale innerhalb der elektronischen Auswerteeinrichtung 6 und die Verbindungen zum elektooptischen Signalumsetzer 1. Das optische Empfangssignal 24 tritt aus dem optischen Leiter 9 aus und trifft auf den optischen Empfänger 5. Bedingt durch die gleichzeitige Aktivität des optischen Sendesignals 25 vom optischen Sender 4 ausgehend und die räumliche Nähe des optischen Senders 4 zum optischen Empfänger 5 gelangen Anteile des optischen Sendesignals 25 zum optischen Empfänger 5. Der Signalfilter 21 führt nun kontinuierlich eine Signalauswertung aus, die aus dem Proportionalitätssignal 23 und dem analogen Empfangssignal 3 ein Zwischensignal 22 erzeugt, aus dem der Pegelwandler 26 das digitale Empfangssignal 7 erzeugt. Die Sendeansteuerung 20 wandelt das digitale Sendesignal 8 in ein analoges Sendesignal 2 um, welches eine für den optischen Senders 4 angepaßte Ansteuerung bereitstellt sowie das Proportionalitätssignal 23 für die Signalauswertung im Signalfilter 21. Fig. 3 schematically shows the functional connection of the internal signals within the electronic evaluation device 6 and the connections to elektooptischen signal shifter 1. The optical reception signal 24 emerges from the optical conductor 9 and strikes the optical receiver 5 . Due to the simultaneous activity of the optical transmission signal 25 starting from the optical transmitter 4 and the spatial proximity of the optical transmitter 4 to the optical receiver 5 , portions of the optical transmission signal 25 reach the optical receiver 5 . The signal filter 21 now continuously carries out a signal evaluation, which generates an intermediate signal 22 from the proportionality signal 23 and the analog received signal 3 , from which the level converter 26 generates the digital received signal 7 . The transmission control 20 converts the digital transmission signal 8 into an analog transmission signal 2 , which provides a control adapted for the optical transmitter 4 and the proportionality signal 23 for the signal evaluation in the signal filter 21 .

Aus Fig. 4 ist die Funktion der Signalauswertung mit den Rechenoperationen des Signalfilters 21 anhand der für die elektronische Daten-Auswerteeinrichtung notwendigen digitalen und analogen Signale dargestellt. Das analoge Empfangssignal B 13 besteht aus der analogen Addition des analogen Sendesignals A, welches optisch über den optischen Leiter 9 und den optischen Empfänger 15 im Modul B empfangen wurde und Pegel- Anteilen des analogen Sendesignal B 12. Zu erkennen ist, daß das für die Signalauswertung notwendige Proportionalitätssignal 23 proportional zum invertierten analogen Sendesignal B 12 ist. Aus der Addition des analogen Empfangssignals 13 mit dem Proportionalitätssignal 23 ergibt sich ein Zwischensignal 22, aus dem die über dem Schwellwert 27 liegenden Anteile zur Erzeugung des digitalen Empfangssignals 17 herangezogen werden.From Fig. 4, the function of the signal evaluation is shown with the arithmetic operations of the signal filter 21 by means of the electronic evaluation device for the data necessary digital and analog signals. The analog reception signal B 13 consists of the analog addition of the analog transmission signal A, which was received optically via the optical conductor 9 and the optical receiver 15 in the module B and level components of the analog transmission signal B 12. It can be seen that this for the Signal evaluation necessary proportionality signal 23 is proportional to the inverted analog transmit signal B 12. The addition of the analog received signal 13 with the proportionality signal 23 results in an intermediate signal 22 , from which the portions above the threshold 27 are used to generate the digital received signal 17 .

Claims

1. Device for operating an optical fiber transmission system with bidirectional data transmission via an optical conductor ( 9 ) using electro-optical signal converters ( 1 , 11 ), characterized in that the data transmission takes place continuously in both directions and for one optical conductor ( 9 ) Both directions of data transmission, the optical wavelength is in the same wavelength range and the signal evaluation takes place in an electronic data evaluation device ( 6 , 16 ) connected downstream of the electro-optical signal converter ( 1 , 11 ).

2. Device for operating an optical fiber transmission system according to claim 1, characterized in that the electro-optical signal converter ( 1 , 11 ) for the optical transmission signal ( 25 ) and for the optical reception signal ( 24 ) is integrated in one component.

3. Device for operating an optical fiber transmission system according to claim 1 or 2, characterized in that the electro-optical signal conversion ( 1 , 11 ) for the optical transmission signal ( 25 ) takes place in a component provided for this function and the electro-optical signal conversion for the optical reception signal ( 24 ) takes place in a component provided for this function.

4. Device for operating an optical fiber transmission system according to one of claims 1 to 3, characterized in that the electro-optical signal converter ( 1 , 11 ) have no beam-splitting means for optically deflecting the optical transmission signal or the optical reception signal.

5. Device for operating an optical fiber Transmission system according to one of claims 1 to 4, characterized, that this in the application of data transmission with Summary frame protocol is used.

6. Device for operating an optical fiber Transmission system according to one of claims 1 to 4, characterized, that this in the application of data transmission with message-oriented protocol is used.

7. Device for operating an optical fiber Transmission system according to one of claims 1 to 6, characterized, that the transmission protocol in the direction of A according to B from the transmission protocol in the Direction from B to A differs.

8. Device for operating an optical fiber Transmission system according to one of claims 1 to 7, characterized, that the data rate of data transmission in the direction from A to B on the data rate of data transmission in the Direction from B to A differs.

9. Device for operating an optical fiber transmission system according to one of claims 1 to 8, characterized in that the signal evaluation in the electronic data evaluation device ( 6 , 16 ) is carried out with analog means.

10. Device for operating an optical fiber transmission system according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the electronic data evaluation device ( 6 , 16 ) the signal evaluation is carried out with functional digital means.

11. Device for operating an optical fiber transmission system according to one of claims 1 to 8, characterized in that in the electronic data evaluation device ( 6 , 16 ) the signal evaluation is carried out with data processing means.