DE10131942C2 - Verfahren für das Aktivieren eines optischen Verstärkers in einer optischen Übertragungsstrecke und hierzu geeigneter optischer Verstärker - Google Patents

Description

Die vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren für das Aktivieren eines opti­ schen Verstärkers in einer optischen Übertragungsstrecke sowie auf einen hierzu geeig­ neten optischen Verstärker.

Optische Verstärker, die meist als Faserverstärker ausgebildet sind, ermöglichen eine Signalübertragung über große Entfernungen, ohne dass auf der Übertragungsstrecke eine optisch-elektrische und anschließende elektrisch-optische Wandlung des zu über­ tragenden Signals erforderlich wäre. Faserverstärker nutzen nicht-lineare optische Ef­ fekte, wobei ein mit einem oder mehreren Elementen der seltenen Erden dotierter Lichtwellenleiter, z. B. eine Erbium dotierte Glasfaser, mit dem Licht eines Pumpele­ ments, z. B. eines Pumplasers bei 850 nm Wellenlänge, gepumpt wird. Infolge der hohen Pumpleistung entsteht im gepumpten Lichtwellenleiter ein relativ breites optisches Spektrum, welches bei Überschreiten einer bestimmten spektralen Leistungsdichte eine Verstärkung des optischen Eingangssignals durch stimulierte Emission ermöglicht.

Optische Verstärker können dabei nicht nur das Licht einer einzigen Wellenlänge bzw. eines einzigen schmalbandigen Spektrums verstärken, sondern auch zur Verstärkung eines optischen Wellenlängenmultiplex-Signals, beispielsweise eines Dense Wave­ length Division Multiplex (DWDM) Signals eingesetzt werden.

Die optische Datenübertragung erfolgt üblicherweise über Lichtwellenleiter bei Wel­ lenlängen um 1550 nm. Dabei werden Übertragungsraten von 2,5 GBit pro Kanal und mehr erreicht. Bei einer bidirektionalen Übertragungsstrecke werden gesendete und empfangene Daten dabei in der Regel auf getrennten Lichtwellenleitern für jede Rich­ tung übertragen.

Der Einsatz von optischen Verstärkern in Wellenlängenmultiplex-Systemen bietet ge­ genüber einer herkömmlichen elektrischen Signalverstärkung und -aufbereitung den Vorteil eines wesentlich geringeren technischen Aufwands, da das Trennen der opti­ schen Kanäle, das getrennte optisch-elektrische Wandeln, die ebenfalls getrennte Sig­ nalaufbereitung und das erneute elektrisch-optische Wandeln entfällt.

In der Praxis besteht für derartige optische Übertragungsstrecken die Forderung nach geeigneten Verfahren zur Überprüfung deren Funktionsfähigkeit bevor ein dauernder Sendebetrieb eines Senders aktiviert wird. Diese Prüfverfahren werden bei Inbetrieb­ nahme von Datenübertragungsgeräten durchgeführt oder auch nach einer Unterbrechung der Datenübertragung, um sicherzustellen, dass die ordnungsgemäße Kommunikation zwischen zwei oder mehr Sende- bzw. Empfangsstationen aufgenommen werden kann.

Für die optische Datenübertragung werden insbesondere bei Weitverkehrsstrecken Laser mit hohen Sendeleistungen eingesetzt. Die dabei ausgesandten Lichtsignale, die üblicherweise über einen oder mehrere Lichtwellenleiter von einer Station zur anderen übertragen werden, können für das menschliche Auge gefährlich werden, wenn das Auge für eine bestimmte Dauer solcher Strahlung ausgesetzt wird. Dies kann beispiels­ weise dann passieren, wenn ein genutzter Lichtwellenleiter bei Straßen- oder Tiefbauar­ beiten durchtrennt wird und eine Person das schadhafte Kabel untersucht. Ebenso kann durch eine beabsichtigte Trennung der Verbindung, wie etwa beim Lösen einer Steck­ verbindung eines Lichtwellenleiters, diese Strahlung austreten und in das menschliche Auge einfallen. Um der Gefahr einer Augenschädigung zu begegnen ist es nach be­ kannten Verfahren üblich, bei einem Leitungsbruch oder einer sonstigen unbeabsich­ tigten Trennung der Verbindung sofort nach Detektieren dieser Störung den Sendebe­ trieb einzustellen.

Für die Wiederaufnahme des Sendebetriebs nach einer solchen Unterbrechung oder zur Inbetriebnahme muss zunächst die Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke geprüft werden. Dies geschieht in der Praxis dadurch, dass Testsignale (beispielsweise Impuls­ folgen) gesendet werden, deren Art und Dauer (bspw. Impulsdauer kürzer als 5 ms) durch genormte Laser-Schutzklassen so festgelegt ist, dass eine Gefährdung von Perso­ nen ausgeschlossen ist. Ein Testsignal wird dazu im Sinne einer Anfrage von einer ersten Sende- und Empfangsstation in die Übertragungsstrecke eingeleitet, um bei in­ taktem Übertragungsweg zumindest in dieser Richtung von einer zweiten solchen Stati­ on empfangen zu werden.

Bei Empfang und Auswertung eines solchen Testsignals sendet die zweite Station die­ ses gleiche Signal als Antwortsignal in der anderen Richtung der Übertragungsstrecke an die erste Station zurück. Erst nach einem als entsprechende Antwort interpretierten eingehenden Signal nimmt die erste Station den Sendebetrieb auf, da das ausgesandte Testsignal und ein anschließend eintreffendes Antwortsignal als Hinweis für eine ord­ nungsgemäß bestehende Übertragungsstrecke gewertet werden.

Im Stand der Technik werden solche Testsignale in vorgegebenen zeitlichen Abständen und mit einer festgelegten zeitlichen Dauer von beispielsweise 2 ms ausgesandt. Inner­ halb einer bestimmten Zeitspanne (Zeitfenster) nach Absenden eines Testsignals muss ein Signal von der Gegenstation als Antwort eintreffen, um die Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke anzuzeigen. Test- und Antwortsignal unterscheiden sich dabei nicht, es kommt lediglich darauf an, dass die anfragende Station innerhalb der gegebe­ nen Zeitspanne nach Absenden des Testsignals ein Antwortsignal erhält.

Der Nachteil besteht jedoch hier in der Gefahr, dass ein als Antwort verstandenes Signal einer ersten Station in Wirklichkeit nur ein Testsignal war, welches von einer zweiten Station ausgesandt wurde, um ihrerseits die Übertragungsstrecke auf Funktionsfähigkeit abzufragen. In diesem Fall würde die erste Station nach der scheinbaren Bestätigung der Funktionsfähigkeit durch die Gegenstation den Sendebetrieb aufnehmen, obwohl möglicherweise das von ihr ausgesandte Testsignal - etwa auf Grund eines bestehenden Leitungsbruchs eines Lichtwellenleiters - die zweite Station nie erreicht hat. Dann wür­ de energiereiche und möglicherweise gefährliche Strahlung an der Bruchstelle austreten.

Dieses Problem soll in der Praxis dadurch minimiert werden, dass die Zeitpunkte, zu denen eine Station ein Testsignal aussendet und innerhalb der damit ablaufenden Zeit­ spanne ein Antwortsignal erwartet, zufällig bestimmt werden. Dies soll verhindern, dass einzelne Stationen in möglicherweise gleichen Zyklen und im ungünstigsten Fall zu ähnlichen Zeitpunkten Testsignale aussenden, die fälschlicherweise als Antwortsignal verstanden werden könnten. Eine vollkommene Sicherheit gegen derartige "Missver­ ständnisse" bietet diese Lösung jedoch nicht, da auch per Zufall ausgewählte Sendezeit­ punkte so nahe beieinander liegen können, dass eingehende Signale als Antwortsignale interpretiert werden.

Nachteiligerweise muss hierbei zudem mit einem Zeitfenster nach Absenden eines Testsignals gearbeitet werden, innerhalb dessen ein Erkennen eines Signals als Ant­ wortsignal möglich ist. Diese erhöht den technischen Aufwand und die Fehleranfällig­ keit des Systems. Zudem wird durch dieses Zeitfenster und die Signallaufzeit bzw. die Signalverarbeitungszeit die maximale Länge der Übertragungsstrecke limitiert.

Von der Anmelderin wurde daher das in der nicht vorveröffentlichten DE 100 58 776 C1 beschriebene Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit einer optischen Übertragungsstrecke entwickelt, mit dem diese Nachteile beseitigt werden.

Weist die optische Übertragungsstrecke optische Verstärker auf, so müssen nicht nur die eigentlichen optischen Sendeeinheiten, sondern auch die optischen Verstärker so betrieben werden, dass im Fall einer Unterbrechung der Übertragungsstrecke oder einer Teilübertragungsstrecke eine Gefährdung von Personen ausgeschlossen werden kann.

Hierzu ist es bekannt, die optischen Verstärker über eine zusätzliche Kommunikations­ verbindung so anzusteuern, dass das Pumpelement nur dann dauerhaft aktiviert werden, wenn die optische Übertragungsstrecke funktionsfähig ist. Nachteilig hierbei ist selbst­ verständlich der für diese zusätzliche Kommunikationsverbindung erforderlich Auf­ wand.

Aus der US 5 355 250 ist eine Faseroptische Übertragungsstrecke mit einer automati­ schen Abschaltkontrolle bekannt, bei der optische Verstärker zwischen zwei Sende- /Empfangseinrichtungen an den Enden der Übertragungsstrecke aus einem in aktiven Zustand mit inaktivem Pumpelement nur dann in einen dauernden aktiven Zustand mit aktiven Pumpelement gesteuert werden, wenn die Funktionsfähigkeit der Übertragungs­ strecke festgestellt wurde. Die Funktionsfähigkeit der optischen Übertragungsstrecke wird angenommen, wenn am Eingang der optischen Verstärker die optische Empfangs­ leistung eine vorgegebene Schwelle überschreitet bzw. wieder in einem normalen Be­ reich liegt. Nachteilig hierbei ist jedoch, dass bei einem Versuch, die Übertragungsstre­ cke hochzufahren, obwohl noch ein Faserbruch vorliegt, nicht sicher gestellt werden kann, dass die optische Leistung, die an der Bruchstelle abgegeben wird, unterhalb eines vorgegebenen Grenzwertes bleibt.

Aus der DE 42 39 187 A1 ist ein System zur optischen Nachrichtenübertragung mit faseroptischen Verstärkern und eine Einrichtung zum Überprüfen der Übertragungswe­ ge bekannt, bei dem durch ein gesteuertes, kurzzeitiges Einschalten der Pumplichtquelle eines optischen Verstärkers Testimpulse erzeugt werden. Durch dieses Verwenden der optischen Verstärker als Testlicht-Quellen ist es möglich, eine Störung zu lokalisieren bzw. die Übertragungsstrecke vor einer Inbetriebnahme zu überprüfen. Dieses System erfordert wiederum das Vorsehen einer zusätzlichen Datenleitung, um eine entspre­ chende Ansteuerung der Pumpquellen der optischen Verstärker zu ermöglichen.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde ein Verfahren für das Aktivieren eines opti­ schen Verstärkers in einer optischen Übertragungsstrecke anzubieten, welches auf einfache Weise, insbesondere ohne eine zusätzliche Kommunikationsverbindung, zu reali­ sieren ist und welches eine Gefährdung von Personen bei unterbrochenem Lichtwellen­ leiter infolge der hohen abgestrahlten optischen Leistung sicher ausschließt. Des Weite­ ren ist es Aufgabe der Erfindung, einen optischen Verstärker zur Durchführung des Verfahrens zu schaffen.

Die Erfindung löst diese Aufgabe mit den Merkmalen der Patentansprüche 1 bzw. 9.

Die Erfindung baut auf dem in der DE 100 58 776 C1 beschriebene Verfahren zur Ü­ berprüfung der Funktionsfähigkeit einer optischen Übertragungsstrecke auf und ermög­ licht die Anwendung dieses Verfahrens auf Übertragungsstrecken mit optischen Ver­ stärkern, wobei die optischen Verstärker die im Überprüfungsmodus von den Sende- /Empfangseinheiten erzeugten impulsartigen Testsignale dazu ausnutzen, um das opti­ sche Pumpelement, beispielsweise einen Pumplaser, möglichst nur dann einzuschalten, wenn diese tatsächlich zur Verstärkung eines Signals benötigt werden. Für das Fest­ stellen der Funktionsfähigkeit der optischen Übertragungsstrecke senden die Sende- /Empfangseinheiten auf jeder Sendewellenlänge eine periodische Folge von Impulsen, wobei die Periodendauer der einzelnen Impulsfolgen identisch und konstant ist. Die einzelnen Impulsfolgen bei jeder Sendewellenlänge (d. h. Jedes Kanals) werden als Wellenlängenmultiplex-Signal auf die Übertragungsstrecke gegeben. Die einzelnen periodischen Impulsfolgen müssen dabei nicht zueinander synchronisiert sein. Jeder einzelne Impuls kann dabei aus einer Vielzahl von Einzelimpulsen bestehen, die zu übertragende Daten oder ein Idle-Signal repräsentieren. Im optischen Verstärker wird das diesem zugeführte optische Wellenlängenmultiplex-Testsignal ohne Rücksicht darauf, dass dieses ggf. zu unterschiedlichen Zeiten ein unterschiedliches Spektrum aufwest, hinsichtlich steigender Flanken und der zeitlichen Dauer der einzelnen Impulse des Multiplexsignals ausgewertet. Dabei kann jeder Impuls des Multiplexsignals in Folge der fehlenden Synchronität der einzelnen Impulsfolgen pro Kanal auch aus zeit­ lich überlagerten Impulsen mehrerer Kanäle zusammen gesetzt sein. Ein Trennen der einzelnen Impulse der unterschiedlichen Kanäle erfolgt erst wieder beim Demultiplexen des Wellenlängenmultiplex-Signals in der betreffenden Empfangseinheit.

Durch das Detektieren der steigenden Flanken und der Zeitdauer der Impulse des Wellenlängenmultiplex-Signals und das Vorhandensein der konstanten und identischen Periodendauer der Impulsfolgen jedes Kanals können im optischen Verstärker für die jeweils nächste Periode die Einschaltzeitzeitpunkte für den Strom des Pumpelements so festgelegt werden, dass unter Berücksichtigung der Einschaltzeit des Pumpelements während der Impulse des Wellenlängenmultiplex-Signals eine ausreichende Pumpleistung für das Verstärken des Wellenlängenmultiplex-Signals vorliegt.

Bei Beginn eines neuen zeitlichen Abschnitts des Wellenlängenmultiplex-Testsignals mit konstanter Periodendauer, wie er insbesondere dann auftritt, wenn eine Sendeeinheit in einem oder mehreren Kanälen einen Frage-Impuls durch einen Antwort-Impuls mit einer geänderten Impulsdauer ersetzt, ist im optischen Verstärker diese Tatsache noch nicht bekannt. In Folge dessen wird das geänderte Wellenlängenmultiplex-Testsignal erst während der nächsten Periode korrekt verstärkt und an den nächsten optischen Verstärker bzw. die betreffende Empfangseinheit weiter übertragen.

Nach der bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird im optischen Verstärker festgestellt, ob eine erfasste steigende Flanke eines Impulses des Testssignals innerhalb vorbestimmter zulässiger Abweichungen im Abstand einer Periodendauer zu einer zuvor erfassten steigenden Flanke eines Impulses des Eingangssignals liegt. Ist dies nicht der Fall, so wird der betreffende Impuls als ein erster Impuls eines neuen periodischen Abschnitts des Testsignals gehörig interpretiert. Diese Verhältnisse liegen in jedem Fall beim Start des erfindungsgemäßen Verfahrens vor. Denn in diesem Zustand hat der optische Verstärker bzw. dessen Auswerte- und Steuereinheit noch kein sich periodisches Muster eines Testsignals gelernt. Wird ein solcher Fall detektiert, so wird das Pumpelement abhängig von der betreffenden steigenden Flanke eines Impulses des Testsignals vorzugsweise nicht angesteuert, so dass der betreffende Impuls unverstärkt durch den Verstärker durchläuft. Ein entsprechendes Ansteuern hätte ohnehin nur zur Folge, dass das Pumpen in Folge der Einschaltzeit des Pumpelements erst zu einem Zeitpunkt beginnt, nach dem der Impuls den optischen Verstärker bereits passiert hat. Denn die Einschaltzeit eines als Pumplaser ausgebildeten Pumpelements beträgt typischer Weise 3 bis 30 ms und die Impulse des Testsignals liegen in der selben Größenordnung.

Dieses Blockieren des jeweils ersten Impulses außerhalb der festen Periode hat den Vorteil, dass die Übertragungsstrecke nicht unnötig mit einer optischen Leistung beaufschlagt wird. Dies soll durch das erfindungsgemäße Verfahren ja gerade vermieden werden.

Nach einer Ausführungsform der Erfindung wird die Einschaltzeit des Pumpelements während der Durchführung des Verfahrens durch das Erfassen des zeitlichen Abstands zwischen der erfassten steigenden Flanke eines Impulses des Testsignals, welcher als ein erster Impuls eines neuen periodischen Abschnitts des Testsignals interpretiert wird, und der steigenden Flanke des optischen Ausgangssignals des Pumpelements ermittelt. Diese Art und Weise der Ermittlung der Einschaltzeit hat den Vorteil, dass sämtliche Impulslaufzeiten berücksichtigt werden und dem zu Folge die Pumpimpulse sehr exakt an die tatsächlichen Impulse des Testsignals angepasst werden können.

Vorzugsweise wird dabei das Pumpelement sofort nach der Ermittlung der Einschaltzeit wieder deaktiviert, so dass keine unnötige optische Leistung auf die Übertragungsstrecke gegeben wird.

Nach einer anderen Ausführungsform wird die Einschaltzeit des Pumpelements in einem Initialisiervorgang des optischen Verstärkers oder während der Durchführung des Verfahrens dadurch ermittelt, dass hierzu die Zeit zwischen der steigenden Flanke eines elektrischen Ansteuersignals für das Pumpelement, vorzugsweise des Stroms durch einen als Halbleiterlaser ausgebildeten Pumpelements, und der steigenden Flanke des optischen Ausgangssignals des Pumpelements ermittelt wird.

Diese Vorgehensweise bietet den Vorteil, dass die Einschaltzeit bei jedem Aktivieren des Pumpelements ermittelt werden kann.

Nach der bevorzugten Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens wird das Pumpelement dauerhaft aktiviert, wenn am Eingang des optischen Verstärkers länger als eine vorbestimmte Zeitspanne ein Eingangssignal anliegt. Hierzu ist im optischen Verstärker eine Einheit vorgesehen, die ein Aktivierungssignal für das Pumpelement erzeugt, wenn ein Impuls des Eingangssignals länger als die vorbestimmte Zeitspanne ist. Diese Zeitspanne wird vorzugsweise kleiner gewählt als die maximal zulässige Einschaltzeit der optischen Sendeelemente nach dem Detektieren einer Unterbrechung der Übertragungsstrecke dividiert durch die Anzahl der optischen Verstärker in beiden Richtungen der bidirektional ausgebildeten Übertragungsstrecke, jedoch vorzugsweise deutlich größer als die Impulsdauer eines Frage- oder Antwortimpulses eines Kanals.

Die Zeitspanne wird dabei so gewählt, dass nach deren Ablauf das Pumpelement bereits tatsächlich die nötige Pumpleistung erzeugt. Hierdurch ist sichergestellt, dass nach dem Start eines dauernden Sendebetrieb durch eine Sende-/Empfangseinheit diese nach einer Zeit, die etwa gleich ist der vorbestimmten Zeitspanne multipliziert mit der Anzahl der optischen Verstärker im Hin- und Rückkanal, ebenfalls ein dauerndes Sendesignal der Sende-/Empfangseinheit am anderen Ende der Übertragungsstrecke erhält und nach einem Erkennen dieses Signals die Übertragung aufrecht erhält. Andernfalls würde die Sende-/Empfangseinheit annehmen, dass unmittelbar nach dem Aktivieren des dauernden Sendebetriebs eine (erneute) Unterbrechung der Übertragungsstrecke erfolgt wäre und als Reaktion hierauf den dauernden Sendebetrieb wieder einstellen und erneut mit dem vorbeschriebenen Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke beginnen.

Weitere Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus den Unteransprüchen.

Die Erfindung wird nachfolgend an Hand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein schematisches Blockschaltbild einer optischen Übertragungseinrichtung mit jeweils drei optischen Verstärkern in jeder Übertragungsrichtung;

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines optischen Faserverstärkers mit seinen für die Erfindung wesentlichen Komponenten.

Die in Fig. 1 dargestellte Übertragungseinrichtung 1 umfasst an beiden Enden der Übertragungsstrecke 3 eine Sende-/Empfangseinheit 5, die für das Senden und Empfangen eines optischen Wellenlängenmultiplex-Signal S_mux ausgebildet ist. Jede Sende-/Empfangseinheit 5 weist hierzu jeweils eine Multiplexeinrichtung 7 und eine Demultiplexeinrichtung 9 auf. Jede Multiplexeinrichtung 7 ist in der Lage, vier elektrische Signale S₁ bis S₄ jeweils elektrisch-optisch zu wandeln und zum Wellenlängenmultiplex-Signal S_mux zu kombinieren. In umgekehrter Weise erzeugt jede Demultiplexeinrichtung 9 aus dem empfangenen optischen Multiplexsignal S_mux wieder die entsprechenden elektrischen Signale S₁ bis S₄.

Die Übertragungsstrecke 3 umfasst in jeder Übertragungsrichtung drei optische Verstärker 11, die als Faserverstärker ausgebildet sein können. Die optischen Verstärker sind jeweils über einen Lichtwellenleiter verbunden.

Für das erstmalige Aufnehmen einer Kommunikationsverbindung zwischen den beiden Sende-/Empfangseinrichtungen bzw. nach dem erneuten Aufnehmen einer Kommunikationsverbindung nach einer Unterbrechung führen die Sende- /Empfangseinheiten folgendes Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der optischen Übertragungsstrecke 3 durch:
Zunächst werden von jeder Sende-/Empfangseinheit auf jedem Kanal Frage-Impulse von z. B. 1 ms Dauer in einem vorbestimmten, zeitlich konstanten Abstand, z. B. 10,24 s gesandt. Die Frage-Impulse jedes Kanals weisen die selbe konstante Periode von 10,24 ms auf. Die Signale der einzelnen Kanäle sind jedoch nicht zueinander synchronisiert. Damit ergibt sich ein optisches Wellenlängenmultiplex-Signal mit einem bestimmten, jedoch zufälligen Impulsmuster mit der Periode der einzelnen Signale eines jeden Kanals, wenn man die Überlagerung der einzelnen optischen Impulse eines optischen Kanals unabhängig von der jeweiligen Wellenlänge betrachtet (ein solches Signal würde beispielsweise eine breitbandige Empfangsdiode sehen).

Detektiert die jeweils gegenüber liegende Sende-/Empfangseinheit nach dem Demultiplexen des empfangenen optischen Wellenlängenmultiplex-Signals auf einem Kanal einen Frage-Impuls, so antwortet sie mit dem Senden einer periodischen Folge von entsprechenden Antwort-Impulsen auf vorzugsweise dem selben Kanal (d. h. mit einem Antwort-Impuls der selben optischen Wellenlänge). Die Periodendauer der Antwort-Impulse ist mit der Periodendauer der Frage-Impulse identisch. Ein Antwort- Impuls kann sich, wie in der deutschen Patentanmeldung 100 58 776.3 beschrieben, in einer Eigenschaft von einem empfangenen Frageimpuls unterscheiden. Beispielsweise kann der Antwort-Impuls eine größere zeitliche Dauer, z. B. 3 ms, als der Frage-Impuls aufweisen.

Die betreffende Sende-/Empfangseinheit 5 kann die Folgen von Antwort-Impulsen zusätzlich zu einer bereits gesendeten Folge von Frage-Impulsen auf dem betreffenden Kanal senden (die unterschiedlichen Impulse dürfen sich hierbei nicht zeitlich überlagern) oder auf einem oder mehreren Kanälen die Frage-Impulse durch Antwort- Impulse ersetzen.

Die zeitliche Dauer, die Leistung und die Anzahl der Impulse, die zu dem Wellenlängenmultiplex-Signal zusammen gesetzt werden, ist so gewählt, dass sich für eine Person, die in das Ende eines mit diesem Signal beaufschlagten Lichtwellenleiters sieht, keine Gefahr von Verletzungen, insbesondere des Auges, ergibt. Hierzu wurden bestimmte Laserschutzklassen definiert, deren Anforderungen von einem optischen Übertragungssystem erfüllt werden müssen.

Erhält eine Sende-/Empfangseinheit auf einem Kanal einen Antwort-Impuls, so wird dies als Zeichen für eine intakte Übertragungsstrecke gewertet und die betreffende Sende-Empfangseinheit beginnt mit einer kontinuierlichen Übertragung. Die gegenüberliegende Sende-/Empfangseinheit detektiert entweder das Empfangen einer kontinuierlichen Signals oder erhält ebenfalls einen Antwort-Impuls und reagiert in beiden Fällen ebenfalls mit dem dauernden Senden eines Signals.

Als weiterer Schutzmechanismus kann eine Sende-/Empfangseinheit prüfen, ob innerhalb einer vorbestimmten Zeitspanne nach dem Beginn des kontinuierlichen Sendens eines Signals auch ein von der Gegenseite gesendetes kontinuierliches Signal empfangen wird. Ist dies nicht der Fall, so wird das Senden eines kontinuierlichen Signals abgebrochen und erneut das vorstehend erläuterte Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke aufgenommen, da die Sende- /Empfangseinheit in diesem Fall annimmt, dass unmittelbar nach dem Start des kontinuierlichen Sendens ein Fehler auf der Übertragungsstrecke aufgetreten ist.

Diese Zeitspanne, innerhalb derer nach dem Start des kontinuierlichen Sendens auf das Empfangen eines kontinuierlichen Signals erwartet wird, muss unter Berücksichtigung der Signalleistung ebenfalls so gewählt werden, dass die Gefährdung von Personen ausgeschlossen ist, die dieser optischen Leistung ausgesetzt werden.

Da die Übertragungsstrecke 3 bei der Übertragungseinrichtung nach Fig. 1 optische Verstärker 11 umfasst, muss selbstverständlich auch für jedes am Ausgang eines jeden der optischen Verstärker in den betreffenden Lichtwellenleiter eingekoppelte Signal sichergestellt werden, dass bei einer Unterbrechung des Lichtwellenleiters in diesem allenfalls eine solche optische Leistung geführt wird, dass eine Gefährdung von Personen ausgeschlossen werden kann. Dies gilt insbesondere auch für die Durchführung des vorbeschriebenen Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke. Dabei muss insbesondere berücksichtigt werden, dass ein wesentlicher Teil der optischen Leistung am Ausgang eines optischen Verstärkers von diesem selbst, insbesondere dem optischen Pumpelement, das meist als Halbleiterlaser ausgebildet ist, erzeugt wird. Demzufolge darf der Pumplaser eines optischen Verstärkers nicht kontinuierlich eingeschaltet sein. Er muss jedoch zur Gewährleistung der Funktionsfähigkeit des vorbeschriebenen Verfahrens zumindest dann eine ausreichende Pumpleistung erzeugen, wenn ein zu verstärkendes optisches Signal (das Wellenlängenmultiplex-Signal, bestehend aus den Frage- und/oder Antwort- Impulsen) am Eingang des Verstärkers ankommt.

Zur Erläuterung des Verfahrens nach der Erfindung, wie das Einschalten der Pumplaser der optischen Verstärker abhängig vom optischen Eingangssignal erfolgt, wird zunächst anhand von Fig. 2 der grundsätzliche Aufbau eines optischen Faserverstärkers beschrieben:
Der Faserverstärker 11 weist einen optischen Eingang 13 und einen optischen Ausgang 15 auf, welche jeweils mit einem Lichtwellenleiter verbindbar sind. Dies kann mittels einer optischen Steckverbindung erfolgen. Der Eingang 13 ist mit einem Lichtwellenleiter 17 verbunden, der auf einen 1 × 2-Koppler 19 führt. Ein Arm des Kopplers 19 führt zu einem breitbandigen Empfangselement 21, beispielsweise eine Photodiode, die in der Lage ist, zumindest das Spektrum des optischen Nutzsignals, welches im Wellenlängenmultiplex-Signal beinhaltet ist, zu detektieren. Das elektrische Ausgangssignal des Empfangselements 21 ist einer Auswerte- und Steuereinheit zugeführt. Diese kann als Mikroprozessorschaltung ausgebildet sein.

Der zweite Arm des Kopplers 19 ist über einen Arm eines 2 × 1-Kopplers mit einem Pumplichtwellenleiter 25 verspleißt oder anderweitig verbunden. Der Pumplichtwellenleiter kann beispielsweise als Erbium dotierte Glasfaser ausgebildet sein. Das Ende des Pumplichtwellenleiters 25 ist mit dem optischen Ausgang 15 des Verstärkers 11 verbunden.

Der zweite Arm des 2 × 1-Kopplers 27 ist mit dem optischen Ausgang eines Pumpelements 29, beispielsweise eines Halbleiterlasers, verbunden. Der Pumplaser 29 wird von der Auswerte- und Steuereinheit 23 mit einem elektrischen Steuersignal angesteuert. Hierbei kann es sich z. B. um den Strom durch den Laser 29 handeln. Der Pumplaser 29 weist eine Einschaltzeit t_on zwischen einer steigenden Flanke des elektrischen Ansteuersignals bzw. des Pumpstroms und der steigenden Flanke der optischen Ausgangsleistung (Pumpleistung) auf. Für einen Halbleiter-Pumplaser beträgt dies Einschaltzeit t_on typischerweise ca. 3 bis 5 ms.

Der Pumplaser 29 weist einen Monitordiode 31 auf, deren Ausgangssignal der Auswerte- und Steuereinheit 23 zugeführt ist. Damit kann die Auswerte- und Steuereinheit die Einschaltzeit t_on aus dem Ansteuersignal für den Pumplaser 29 und dem Signal der Monitordiode 31 bestimmen. Dies kann bereits in einem Initialisierungsvorgang für den Verstärker 11 unmittelbar nach dessen Einschalten oder während des Betriebs erfolgen, wenn der Pumplaser aktiviert wird.

Da während des vorstehend beschriebenen Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke 3 das einem Verstärker 11 zugeführte Wellenlängenmultiplex-Signal zumindest abschnittsweise periodisch ist (die Abschnitte ergeben sich, wenn ein oder mehrere Frage-Impuls durch einen Antwort-Impuls ersetzt werden bzw. zusätzlich Antwort-Impulse auf einen Kanal gegeben werden), kann die Auswerte- und Steuereinheit 23 bei ihr bekannter (gespeicherter) Periodendauer den Pumplaser 29 so ansteuern, dass bei Eintreffen eines Impulses des Signals S_mux eine zur optischen Verstärkung des Signals ausreichende Pumpleistung im Pumplichtwellenleiter 25 vorliegt. Hierzu wird der Pumplaser bereits um die Einschaltzeit t_on vor dem Beginn der nächsten (bekannten) Periode für den betreffenden Impuls angesteuert. Aus Sicherheitsgründen kann das Ansteuern um eine Sicherheitsmarge δt vor dem zwingend notwendigen Ansteuern des Pumplasers 29 erfolgen.

Das Verfahren für das Aktivieren eines optischen Verstärkers läuft wie folgt ab:
Während der ersten Periode erfasst die Auswerte- und Steuereinheit mittels des Signals des Empfangselements 21 die Zeitpunkte der steigenden Flanken eintreffender Impulse und die jeweilige Impulsdauer und speichert diese ggf. ab. Da die Auswerte- und Steuereinheit 23 die Periodendauer, z. B. 10,24 s, des (abschnittsweise) periodischen Signals S_mux kennt, kann sie für jeden, nach Ablauf der bekannten Periodendauer erwarteten nächsten Impuls den Pumplaser rechtzeitig einschalten, um dessen Verstärkung zu gewährleisten.

Diejenigen "ersten" Impulse, die bei Beginn eines neuen periodischen Abschnitts gegenüber der vorhergehenden Periode geändert sind, werden vorzugsweise nicht verstärkt. Hierzu blockiert die Auswerte- und Steuereinheit 23 das normalerweise erfolgende verzögerte Einschalten des Pumplasers 29 bei Detektieren einer steigenden Flanke eines Impulses, welche nicht in ein der Auswerte- und Steuereinheit 23 bekanntes, zuvor festgestelltes Muster passt. Da die Signale S₁ bis S₄, welche die einzelnen Kanäle des optischen Wellenlängenmultiplex-Signals S_mux festlegen, nicht synchronisiert werden, kann es passieren, dass ein "erster" Impuls zufällig eine steigende Flanke aufweist, die in ein zuvor ermitteltes Muster passt, jedoch eine andere Impulsdauer. In diesem Fall erfolgt eine Verstärkung des Impulses innerhalb des zuvor von der Auswerte- und Steuereinheit festgelegten Fensters. Da die Auswerte- und Steuereinheit während der nächsten der aktuellen Periode jedoch das neue Muster erfasst bzw. lernt, erfolgt während der nächsten Periode ein korrektes Vertärken.

Unter Berücksichtigung dieser Funktionsweise der Verstärker 11 läuft somit das vorstehend erläuterte Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke 3 wie folgt ab:
Während der ersten Periode lernt jeder erste der Verstärker in jeder Übertragungsrichtung das Impuls-Muster des ihm zugeführten Signals S_mux. Die Auswerte- und Steuereinheiten blockieren ein (verzögertes) Einschalten der Pumplaser 29, so dass der jeweils nächste Verstärker 11 bei entsprechender Streckenlänge zwischen den Verstärkern kein Empfangssignal mehr detektiert. Während der nächsten Periode verstärkt jeder erste Verstärker 11 die Impulse korrekt und erzeugt somit ein Eingangssignal für jeden zweiten Verstärker in den beiden Ketten. Dieser reagiert, wie zuvor die ersten Verstärker in der Ketten während dieser Periode nur mit einem Lernvorgang für das Impuls-Muster. Jeder dritte Verstärker 11 erhält somit erst mit Beginn der dritten Periode ein Eingangssignal und lernt in dieser Periode das betreffende Muster. Erst in der vierten Periode erhält die jeweils gegenüber liegende Sende-/Empfangseinheit ein Empfangssignal und reagiert bei Erhalt eines oder mehrerer Impulse auf den einzelnen Kanälen des Wellenlängenmultiplex-Signals, welche als Frage-Impulse identifiziert werden, mit dem Senden entsprechender Antwort-Impulse auf den jeweiligen Kanälen in der gegenläufigen Übertragungrichtung.

In der Kette von Verstärkern der gegenläufigen Richtung, in der zuvor ebenfalls nur Frage-Impulse gesendet wurden, wird dadurch ein neuer Abschnitt des abschnittsweise periodischen Signals S_mux eingeleitet. Der oder die neu gesendeten Antwort-Impulse gelangen wiederum erst in der vierten Periode zur ursprünglichen Sende- /Empfangseinheit zurück und werden von dieser als solche identifiziert. Diese Sende- /Empfangseinheit reagiert nunmehr mit dem Start eines kontinuierlichen Sendens. Dies kann sofort auf allen Kanälen erfolgen, da meist davon ausgegangen werden kann, dass auch die anderen Kanäle funktionieren, wenn ein Kanal als funktionierend festgestellt wurde. Selbstverständlich kann das Verfahren jedoch auch für jeden einzelnen Kanal bis zu Ende geführt werden, d. h. bis jede Sende-/Empfangseinheit für jeden Kanal einen Antwort-Impuls erhalten hat, oder Auf dem betreffenden Kanal ein Dauersignal feststellt.

Da jeder Verstärker 11 zunächst nur dann den Pumplaser 29 aktiviert, wenn in der vorherigen Periode ein entsprechender Impuls hinsichtlich der steigenden Flanke und der zugehörigen Impulsdauer "gelernt" wurde, muss sichergestellt werden, dass ein dauerndes Signal als solches erkannt und verstärkt wird.

Hierzu umfasst die Auswerte- und Steuereinheit 23 eine Einheit 33, welche feststellt, ob das Signal S_mux länger als eine vorbestimmte Zeitspanne aktiv, z. B. logisch HIGH ist. Ist dies der Fall, so wird angenommen, dass am Eingang 13 des betreffenden Verstärkers ein kontinuierliches Signal anliegt und der Pumplaser 29 dauerhaft eingeschaltet.

Selbstverständlich wird diese vorbestimmte Zeitspanne vorzugsweise so gewählt, dass diese deutlich größer ist als die Länge eines Frage- oder Anwort-Impulses (eines Kanals), vorzugweise auch größer als das n-fache eines Frage-Impulses, wenn n die Anzahl der Kanäle ist. Denn es könnte der Fall auftreten, dass sich die Frage-Impulse der Kanäle zu einem Multiplex-Signal zusammensetzen, das genau die n-fache Länge eines Frage-Impulses aufweist.

Die selbe Bedingung kann auch für die Antwort-Impulse erfüllt werden, wobei hier berücksichtigt werden kann, dass eher selten mehr als zwei Antwort-Impulse gleichzeitig übertragen werden.

Die Einheit 33 weist somit einen inaktiven Ausgang auf, solange das Signal an deren Eingang nicht länger als die vorbestimmte Zeit einen aktiven Zustand aufweist. Liegt am Eingang ein Impuls mit einer Länge an, die kürzer ist als die vorbestimmte Zeit, so bleibt der Ausgang der Einheit 33 inaktiv.

Der Ausgang der Einheit 33 ist einem ODER-Glied 35 zusammen mit vier weiteren Signalen I₁ bis I₄ zugeführt. Jedes der vier weiteren Signale I₁ bis I₄ steht für einen Frage- oder Antwort-Impuls des Multiplex-Signals. Denn die jeweils auf den vier Kanälen übertragenen Impulse können im Multiplex-Signal maximal als vier einzelne Impulse auftreten (oder zu weniger Impulsen überlagert sein). Der Ausgang des ODER- Glieds 35 bildet das Ansteuersignal für den Pumplaser 29. Dieser wird daher aktiviert, wenn eines der Signale I₁ bis I₄ einen aktiven Zustand aufweist oder wenn der Ausgang der Einheit 33 bei Anliegen eines kontinuierlichen Signals aktiv wird. Die Signale I₁ bis I₄ werden dabei, wie vorstehend beschrieben, von der Auswerte- und Steuerheit 23 gebildet und spiegeln das in einer vorhergehenden Periode "gelernte" Impulsmuster wider. Wie bereits erläutert könnten auch mehr als vier Signale I_n erzeugt werden, wenn auf einem oder mehreren Kanälen gleichzeitig Frage- und Antwort-Impulse übertragen werden sollen.

Selbstverständlich können die in Fig. 2 dargestellte Einheit 33 und das ODER-Glied 35 auch rein softwaremäßig in einer als Prozessorschaltung ausgebildeten Auswerte- und Steuereinheit 23 realisiert sein. Bei den Signalen I_n handelt es sich dann um software­ interne Prozesse.

Erfindungsgemäß kann somit im Wesentlichen das Einschalten des Pumplasers eines optischen Verstärkers bei der Durchführung des beschriebenen Verfahrens zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit der Übertragungsstrecke nur dann gewährleistet werden, wenn dies tatsächlich erforderlich ist. Im Verstärker ist hierzu kein optisches Demultiplexen des zu verstärkenden Signals erforderlich. Dies ermöglicht einen einfachen und kostengünstigen Aufbau des Verstärkers.

Claims (9)

1. Verfahren für das Aktivieren eines optischen Verstärkers in einer optischen Übertragungsstrecke,

• a) bei dem der ein optisches Pumpelement umfassende optische Verstär­ ker aus einem inaktiven Zustand mit inaktivem Pumpelement nur dann in einen dauernden aktiven Zustand mit aktivem Pumpelement gesteuert wird, wenn die Funktionsfähigkeit der optischen Übertra­ gungsstrecke festgestellt wurde und als Reaktion hierauf dem opti­ schen Verstärker ein andauerndes, zu verstärkendes Eingangssignal zugeführt wird,

dadurch gekennzeichnet,

• a) dass für das Feststellen der Funktionsfähigkeit der optischen Übertra­ gungsstrecke ein Testsignal übertragen wird, das aus einem oder meh­ reren Impulsen besteht und zumindest abschnittsweise eine konstante Periodendauer aufweist,
• b) dass im optischen Verstärker das diesem zugeführte Testsignal hinsichtlich steigender Flanken und der zeitlichen Dauer der Impulse ausgewertet wird und
• c) dass das Pumpelement des optischen Verstärkers für das optische Verstärken der Impulse des Testsignals während der jeweils folgenden Periode oder weiterer folgender Perioden unter Berücksichtigung der vorbekannten Einschaltzeit des Pumpelements mit einem solchen zeitlichen Vorhalt aktiviert wird, dass während der Impulsdauer eine ausreichende Pumpleistung zur Verfügung steht, und dass das Pumpelement jeweils nach Ablauf der zuvor ermittelten Einschaltzei­ ten deaktiviert wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass im optischen Verstärker erfasst wird, ob eine erfasste steigende Flanke eines Impulses des Testssignals innerhalb vorbestimmter zulässiger Abweichungen im Abstand einer Periodendauer zu einer zuvor erfassten steigenden Flanke eines Impulses des Eingangssignals liegt, und dass andernfalls der betreffende Impuls als ein erster Impuls eines neuen periodischen Abschnitts des Testsignals interpretiert wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpelement abhängig von der erfassten Flanke eines Impulses, der als ein erster Impuls eines neuen periodischen Abschnitts des Testsignals interpretiert wird, nicht aktiviert wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltzeit des Pumpelements während der Durchführung des Verfahrens durch das Erfassen des zeitlichen Abstands zwischen der erfassten steigenden Flanke eines Impulses des Testsignals, welcher als ein erster Impuls eines neuen periodischen Abschnitts des Testsignals interpretiert wird, und der steigenden Flanke des optischen Ausgangssignals des Pumpelements ermittelt wird.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpelement sofort nach der Ermittlung der Einschaltzeit wieder deaktiviert wird.

6. Verfahren nach Anspruch einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass die Einschaltzeit des Pumpelements in einem Initialisiervorgang des optischen Verstärkers oder während der Durchführung des Verfahrens ermittelt wird, wobei hierzu die Zeit zwischen der steigenden Flanke eines elektrischen Ansteuersignals für das Pumpelement und der steigenden Flanke des optischen Ausgangssignals des Pumpelements ermittelt wird.

7. Verfahren nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Pumpelement dauerhaft aktiviert wird, wenn am Eingang des optischen Verstärkers länger als eine vorbestimmte Zeitspanne ein Eingangssignal anliegt.

8. Verfahren nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die vorbestimmte Zeitspanne kleiner ist als die maximal zulässige Einschaltzeit der optischen Sendeelemente nach dem Detektieren einer Unterbrechung der Übertragungsstrecke dividiert durch die Anzahl der optischen Verstärker in beiden Richtungen der bidirektional ausgebildeten Übertragungsstrecke.

9. Optischer Verstärker zur Durchführung des Verfahrens nach einem der vorhergehenden Ansprüche,

• a) mit einem optischen Eingang, welchem ein optisches Eingangssignal zuführbar ist und einem optischen Ausgang, an welchem das verstärkte optische Eingangssignal abgegeben wird;
• b) mit einem Pump-Lichtwellenleiter, welcher zwischen dem optischen Eingang und dem optischen Ausgang geschaltet ist, und welchem
• c) über ein erstes Koppelelement die optische Pumpleistung eines optischen Pumpelements zugeführt ist, wobei im Pump-Lichtwellenleiter eine optische Verstärkung des Eingangssignals erfolgt,
• d) mit einem Detektor, welchem über ein zweites Koppelelement ein Teil der optischen Leistung des Eingangssignals zugeführt ist,

dadurch gekennzeichnet,

• a) dass eine Auswerte- und Steuereinheit vorgesehen ist, welcher das Ausgangssignal des Detektors zur Auswertung zugeführt ist und welche ein Ansteuersignal für das Pumpelement erzeugt,
• b) wobei die Auswerte- und Steuereinheit das Auswerten des Ausgangssignals des Detektors und das Ansteuern des optischen Pumpelements entsprechend den Verfahrensschritten nach einem der vorhergehenden Ansprüche durchführt.