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Die
vorliegende Erfindung bezieht sich auf ein Konzept zur Anpassung
von optischen Filterwellenlängen
zweier Wellenleiter-Gitter (AWG = Arrayed-Waveguide Grating), wie
es insbesondere bei optischen Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssystemen
(WDM = Wavelength Division Multiplexing) eingesetzt werden kann.
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Mit
einem steigenden Bedarf an Kommunikationsbandbreite gewinnen optische Übertragungssysteme
mit ihrer fast unbegrenzten Übertragungskapazität zunehmend
an Bedeutung. Derzeit nutzen beispielsweise zwei etablierte Breitbandzugangsnetzwerke,
nämlich
DSL-(DSL = Digital Subscriber Line) und Kabelfernseh-Netzwerke,
in der so genannten letzten Meile noch Kupferkabel zur Kundenanbindung.
Wegen des begrenzten Bandbreite-Längenprodukts der verwendeten
Telefon- bzw. Koaxial-Kabelfernsehleitungen wird der Kupferweg in die
Haushalte zunehmend zugunsten von Glasfaserleitungen verkürzt. Langfristig
wird eine flächendeckende
Glasfaservernetzung bis in die Haushalte angestrebt. Eine Möglichkeit,
optische Zubringersysteme mit hoher Übertragungskapazität zu realisieren, ist
der Einsatz von WDM-Netzwerken.
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1 zeigt
ein herkömmliches
WDM-Übertragungssystem
für eine
optische Übertragung
von einer Netzwerkzentrale 10 (CO = Central Office) und einem
entfernten Netzknoten 12 (RN = Remote Node). Die Netzwerkzentrale 10 weist
ein Wellenleiter-Gitter bzw. AWG 14 auf, welches als optischer Multiplexer
für N optische
Signale wirkt. Eingangsseitig weist das zentrale AWG 14 also
N Eingänge
für N optische
Signale unterschiedlicher Wellenlänge λn (n =
1, ..., N) auf, welche beispielsweise von N Lasersendern 16-1 bis 16-N über N Glasfaserleitungen 18-1 bis 18-N bereitgestellt
werden. Ausgangsseitig ist das zentrale AWG 14 über eine
Glasfaser 20 mit einem Demultiplexer-AWG 22 in
dem entfernten Netzwerkknoten 12 gekoppelt. Das eingangsseitig
in das entfernte AWG 22 eingekoppelte Licht wird ausgangsseitig
auf mehrere Lichtwellenleiter bzw. Glasfaserleitungen 24-1 bis 24-N aufgeteilt,
um wellelängenrichtig
zu jeweils angeschlossenen N optischen Empfängern 26-1 bis 26-N zu
gelangen.
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Das
AWG 14 in der Netzwerkzentrale 10 besitzt N wellenlängenselektive
optische Anschlüsse bzw.
Eingansports. Lasersender 16-1 bis 16-N mit leichtem
Wellenlängenversatz
senden ihre Datenströme
auf diese N optischen Eingansports des AWG 14, der in seiner
Funktion als Wellenlängen-Multiplexer diese
Wellenlängenkanäle auf die
Ausgangsglasfaser 20 zusammenführt. So können über eine Glasfaserleitung im
groben Wellenlängenmultiplex (CWDM
= Coarse Wavelength Division Multiplex) oder im Dichte-Wellenlängen-Multiplex (DWDM = Dense
Wavelength Division Multiplex) viele Datenströme gebündelt zu dem entfernten AWG 22 übertragen
werden. Der entfernte AWG 22 arbeitet als Wellenlängen-Demultiplexer
und zerlegt das gemeinsam übertragene
Wellenlängenspektrum
in die einzelnen N Wellenlängenkanäle und stellt
jeden wellenlängenselektiven
optischen Datenstrom an einem getrennten Ausgangsport wieder zur
Verfügung.
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Nach
dem gleichen Prinzip sind auch bidirektionale WDM-Übertragungssysteme über eine
Glasfaser und zwei hintereinander geschaltete AWGs realisierbar.
Hierzu benötigt
man lediglich zyklische AWGs, deren Filterwellenlängenraster
sich zyklisch in verschieden Wellenlängenbereichen wiederholen.
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Passive
optische Komponenten wie AWGs sind bezüglich ihrer optischen Parameter
temperaturempfindlich. Insbesondere ihre Filterkurve verschiebt
sich in Abhängigkeit
von der Umgebungstemperatur T. Dieses Verhalten ist schematisch
in 2 gezeigt.
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2 zeigt
eine erste Filterkurve 210 eines AWG für eine erste Temperatur T1 und eine zu der ersten Filterkurve 210 verschobene
zweite Filterkurve 220 für eine von der ersten Temperatur
T1 verschiedene zweite Temperatur T2.
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Wie
es in 2 schematisch gezeigt ist, besteht für den n-ten
(n = 1, ..., N) Wellenlängenkanal ein
Wellenlängenunterschied
zwischen der ersten und zweiten Filterkurve von Δλn =
(λn' – λn),
wobei λn' die
Wellenlänge
des n-ten Wellenlängenkanals
der zweiten Filterkurve 220 und λn den
n-ten Wellenlängenkanal
der ersten Filterkurve 210 bedeutet.
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Einige
Hersteller haben die AWGs weiterentwickelt und führen derzeit erste so genannte
athermische AWGs in den Markt ein, welche in einem weiten Temperaturbereich
betrieben werden können.
Diese athermischen AWGs verwenden Materialien, die mit gegenläufigem Ausdehnungsverhalten
den Temperaturgang der Filterkurve kompensieren. Nachteilig an diesem
Verfahren sind hochpräzise
montierte bewegliche Teile, die sich auch bei Außeneinsatz an dicht befahrenen
Straßen
nicht durch Erschütterungen
verstellen dürfen.
Daten zur Langzeitstabilität und
Erschütterungsempfindlichkeit
athermischer AWGs sind in der Literatur derzeit nicht bekannt.
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Da
in einem WDM-Netzwerk zwei in Serie geschaltete AWGs an unterschiedlichen
Orten betrieben werden, ist es erforderlich beide AWGs exakt auf dem
gleichen absoluten Wellenlängenraster
zu betreiben. Erschwerend kommt hinzu, dass der zentrale AWG 14 oftmals
in einem Gebäude
und der zweite, entfernte AWG 22 in einem bis zu zehn Kilometer
entfernten Außengehäuse bei –40°C bis +70°C betrieben
wird. Es gibt nur wenige sehr teure athermische AWGs, die unter
den gegeben Randbedingungen die erforderliche absolute Genauigkeit
und Langzeitstabilität
bezüglich
der Wellenlängendeckung
realisieren.
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Das
Verfahren der passiv kompensierten Temperaturdrift ist sehr aufwändig und
resultiert in einem hohen Preis. Ein Masseneinsatz der WDM-Technik
basierend auf athermischen AWGs nach dem derzeitigen Stand der Technik
ist aufgrund des zu hohen Preises und der Zuverlässigkeitsproblematik nicht
möglich.
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Die
Aufgabe der vorliegenden Erfindung besteht somit darin, ein preiswertes
und zugleich zuverlässiges
optisches Übertragungssystem
zu realisieren.
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Diese
Aufgabe wird durch eine Vorrichtung mit den Merkmalen des Patentanspruchs
1, ein Gerät mit
den Merkmalen des Patentanspruchs 11, ein Gerät mit den Merkmalen des Patentanspruchs
16, ein Verfahren gemäß Patentanspruch
22, ein Verfahren gemäß Patentanspruch
31 und ein Computer-Programm gemäß Patentanspruch
32 gelöst.
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Die
Erkenntnis der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass Filterwellenlängen zweier
hintereinander geschalteter und durch eine Glasfaserleitung verbundener
AWGs aufeinander abgestimmt werden können, indem ein Dämpfungsverlauf
eines n-ten (n = 1, ..., N) Wellenlängenkanals eines ersten AWGs über den
n-ten (n = 1, ..., N) Anschluss des ersten AWGs, die verbindende
Glasfaserleitung und den n-ten (n = 1, ..., N) Anschluss des zweiten
AWGs erfasst wird, wobei der n-te (n = 1, ..., N) Anschluss des
zweiten AWGs beispielsweise eine Messglasfaser umfasst. Abhängig von
dem erfassten Dämpfungsverlauf
kann eine Temperatur des ersten AWGs so eingestellt werden, dass
die Filterwellenlängen beider
AWGs zumindest näherungsweise
zur Deckung kommen.
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung handelt es sich bei dem
zweiten AWG um einen entfernten AWG, d. h. einem AWG in einem Netzwerkknoten.
Dieser ist dabei ein rein passives Bauteil ohne passive oder aktive
Temperaturkompensation. Der entfernte AWG besitzt somit eine temperaturabhängige Filterkurve,
die dem ersten temperaturgeregelten AWG in der Netzwerkzentrale
als Referenz dient.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt kann es sich bei dem entfernten AWG um ein Bauteil
mit einer passiven Temperaturkompensation handeln, welches eine
weitgehend temperaturunabhängige
Filterkurve aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
im entfernten Netzwerkknoten ein im Vorhergehenden bereits beschriebener
athermischer AWG zum Einsatz kommt.
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Gemäß einem
noch weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung kann es sich bei
dem entfernten AWG um ein Bauteil mit aktiver Temperaturkompensation
handeln, dessen Filterwellenlängen
in Abhängigkeit
von einer an dem n-ten Anschluss empfangenen Lichtleistung in einem
geschlossenen Regelkreis nachgeregelt werden.
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Dazu
schaffen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung eine Vorrichtung zum Anpassen einer temperaturabhängigen Filtercharakteristik eines
als optischer Multiplexer/Demultiplexer wirkenden ersten Geräts zur Kommunikation über eine Mehrzahl
von Wellenlängenkanälen an eine
temperaturabhängige
Filtercharakteristik eines als optischer Demultiplexer/Multiplexer
wirkenden zweiten Geräts
zur Kommunikation über
die Mehrzahl von Wellenlängenkanälen, wobei
das erste Gerät
und das zweite Gerät über eine
optische Übertragungsstrecke
miteinander verbindbar sind, mit einer Einrichtung zum Einspeisen
eines Signals in einen vorbestimmten der Mehrzahl von Wellenlängenkanälen, einer
Einrichtung zum Erfassen einer Dämpfung
des Signals auf dem vorbestimmten Wellenlängenkanal nach einer Reflexion
des Signals, und einer Einrichtung zum Einstellen einer Temperatur
des ersten Geräts
abhängig
von der erfassten Dämpfung.
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Weiterhin
schaffen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Kommunikation über eine
Mehrzahl von Wellenlängenkanälen mit
einem ersten optischen Anschluss für ein WDM-Signal, mit einer
Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen für optische Signale unterschiedlicher
Wellenlänge,
die eine Aufspaltung des WDM-Signals darstellen, wobei das Gerät eine Einrichtung
zum Ermitteln einer optischen Signalintensität an einem vorbestimmten, d.
h. dem n-ten (n = 1, ..., N), der Mehrzahl von zweiten optischen
Anschlüssen
aufweist, und einer Einrichtung zum Einstellen einer Temperatur
des Geräts
abhängig
von der ermittelten Signalintensität, derart, dass sich die ermittelte
optische Signalintensität
erhöht.
Zusätzlich
umfasst das Gerät
einen externen Koppelanschluss, wobei der externe Koppelanschluss
mit den anderen der Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen verbunden
ist und der vorbestimmte zweite optische Anschluss von dem externen
Koppelanschluss getrennt ist. Mit dem Koppelanschluss kann das Gerät mit entfernten
Teilnehmerendgeräten
verbunden werden. Gemäß Ausführungsbeispielen
umfasst das Gerät
ein AWG.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
wird zur Messung der Signalintensität also dediziert ein Anschluss
des AWGs beispielsweise im entfernten Netzknoten zu Messzwecken
bereitgestellt, wobei dieser Anschluss dabei nicht für eine Kommunikation mit
einem entferntseitigen Teilnehmergerät zur Verfügung steht.
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Gemäß einem
weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist an dem vorbestimmten
(n-ten) Anschluss des entfernten AWGs eine Messglasfaserleitung
mit einer definierten Länge
und einem definierten Dämpfungsverlauf
angebracht, welche den vorbestimmten Anschluss charakteristisch
abschließt und
damit ein eindeutiges Auffinden des vorbestimmten Anschlusses mittels
beispielsweise eines Impulsreflektometers (OTDR = Optical Time Domain
Reflectometer) ermöglicht.
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Dazu
schaffen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung ein Gerät zur Kommunikation über eine
Mehrzahl von Wellenlängenkanälen mit
einem ersten optischen Anschluss für ein WDM-Signal, mit einer
Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen für optische Signale unterschiedlicher
Wellenlängen λn (n
= 1, ..., N), wobei ein vorbestimmter der Mehrzahl von zweiten optischen
Anschlüssen
durch einen Reflektor abgeschlossen ist und die anderen der Mehrzahl
von zweiten optischen Anschlüssen von
außen
optisch ankoppelbar sind. Auch hier wird explizit einer der N Anschlüsse des
entfernten AWGs für
eine Messung zur Temperaturkompensation bereitgestellt.
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Eine
Wellenlänge λn (n
= 1, ..., N) des zur Bestimmung des Dämpfungsverlaufs in den n-ten
Wellenlängenkanal
eingespeisten Lichts ist gemäß Ausführungsbeispielen
abhängig
von der Dämpfung
des n-ten Wellenlängenkanals
des AWGs in der Netzwerkzentrale nachregelbar.
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Weitere
vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen sind Gegenstand
der Unteransprüche.
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Ein
Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass durch einen
Einsatz preiswerter AWGs in einem geschlossenen Wellenlängen-Regelkreis
ein preiswertes und zuverlässiges
WDM-Übertragungssystem
realisiert werden kann. Da keine athermischen AWGs benötigt werden,
können
preiswerte Polymer-AWGs eingesetzt werden, die aufgrund ihrer geringen
Produktionskosten für
den Masseneinsatz konzipiert sind. Durch einen hohen Brechzahlkontrast
können
in Polymertechnologien hergestellte AWGs extrem klein gehalten werden, was
wiederum den Einsatz von kleineren stromsparenden Peltier-Elementen
zur Temperaturregelung der AWGs ermöglicht. Polymer-AWGs ermöglichen neben
den geringen Abmessungen und niedrigerem Energieverbrauch auch eine
höhere
Zuverlässigkeit.
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Im
Gegensatz zu aktiv temperaturgeregelten AWGs in Netzwerkknoten benötigen Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung keine Stromversorgung im entfernten Netzwerkknoten,
da der entfernte AWG rein passiv arbeiten kann. Durch einen Einsatz
von Rückstreumesstechnik
reicht es aus, von zentraler Seite (Netzwerkzentrale) aus zu messen. Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung benötigen
dazu keine kalibrierten Lasersender in der Netzwerkzentrale und/oder
optische Messempfänger beim
entfernten Netzwerkknoten. Durch integrierte Rückstreumesstechnik wird die
gesamte WDM-Übertragungskette
fortlaufend überprüft. Veränderungen im
optischen Übertragungsverhalten
können
frühzeitig
erkannt und Präventivmaßnahmen
noch vor einem Netzwerkausfall ergriffen werden. Bei dem erfindungsgemäßen Konzept
wird ein geschlossener Regelkreis verwendet, der zusätzlich Materialalterungen
auffängt.
Bei Einsatz zweier hintereinander geschalteter athermischer AWGs
müssten
diese über Jahre
mit absoluter Genauigkeit auf einem voreingestellten Wellenlängenraster
stabil arbeiten. Zusätzlich
dürfte
keine Materialalterung ein Temperaturausdehnungsverhalten der verwendeten
Materialien einseitig verändern.
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Ein
weiterer Vorteil der vorliegenden Erfindung besteht darin, dass
eine integrierte Impulsreflektometer-Messtechnik nahezu ohne Zusatzaufwand
für eine
Redundanzumschaltung, d. h. eine Umschaltung auf verschiedene Übertragungsstrecken
zwischen Netzwerkzentrale und Netzwerkknoten, genutzt werden kann.
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Bevorzugte
Ausführungsbeispiele
der vorliegenden Erfindung werden nachfolgend Bezug nehmend auf
die beiliegenden Zeichnungen detailliert erläutert. Es zeigen:
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1 eine
schematische Darstellung eines herkömmlichen WDM-Netzwerks;
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2 eine
schematische Darstellung zweier, aufgrund unterschiedlicher Temperaturen,
gegeneinander verschobener Filtercharakteristika;
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3 ein
Flussdiagramm zur Darstellung eines Verfahrens gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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4 ein
Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Anpassen einer temperaturabhängigen Filtercharakteristik
eines optischen Geräts,
gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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5 eine
Darstellung eines Geräts
mit einem durch einen Reflektor abgeschlossenen optischen Anschluss,
gemäß einem
Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung;
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6 ein
WDM-Netzwerk mit einer erfindungsgemäßen AWG-Filterwellenlängen-Regelung;
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7 zwei
durch das erfindungsgemäße Konzept
zur Deckung gebrachten Filtercharakteristika;
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8 ein
detailliertes Blockdiagramm einer Vorrichtung zum Anpassen einer
temperaturabhängigen
Filtercharakteristik gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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9 eine
Darstellung eines WDM-Ringnetzwerks mit AWG-Filterwellenlängen-Regelung und Redundanzumschaltung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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10 ein
Blockdiagramm eines Geräts
zur Kommunikation über
eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung;
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11 ein
detailliertes Blockdiagramm eines Geräts zur Kommunikation über eine
Mehrzahl von Wellenlän genkanälen gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung; und
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12 eine
Darstellung eines WDM-Ringnetzwerks mit Filterwellenlängen-Regelung
zweier AWGs und Redundanzumschaltung gemäß einem Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Bezüglich der
nachfolgenden Beschreibung sollte beachtet werden, dass bei den
unterschiedlichen Ausführungsbeispielen
gleiche oder gleichwirkende Funktionselemente gleiche Bezugszeichen aufweisen
und somit die Beschreibungen dieser Funktionselemente in den verschiedenen,
in den nachfolgend dargestellten Ausführungsbeispielen untereinander
austauschbar sind.
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Auch
wenn in der nachfolgenden Beschreibung davon ausgegangen wird, dass
ein erstes optisches Gerät
in einer Netzwerkzentrale und ein zweites optisches Gerät in einem
entfernten Netzknoten angebracht sind, ist ein umgekehrter Sachverhalt,
d. h. das erste optische Gerät
ist in einem entfernten Netzknoten und das zweite optische Gerät in einer Netzwerkzentrale
angebracht, gleichwertig und ebenso denkbar. Welches der beiden
optischen Geräte
als Multiplexer bzw. Demultiplexer arbeitet, ist unerheblich, da
bei einer bidirektionalen Kommunikation im Allgemeinen jeweils beide
optischen Geräte sowohl
als Multiplexer als auch als Demultiplexer arbeiten.
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3 zeigt
ein Flussdiagramm eines Verfahrens zum Anpassen einer temperaturabhängigen Filtercharakteristik
eines als optischen Multiplexer oder Demultiplexer wirkenden ersten
Geräts
zur Kommunikation über
eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen an eine
temperaturabhängige
Filtercharakteristik eines als optischer Demultiplexer oder Multiplexer wirkenden
zweiten Geräts
zur Kommunikation über die
Mehrzahl von Wellenlängenkanälen, wobei
das erste Gerät
und das zweite Gerät über eine
optische Übertragungsstrecke
miteinander verbindbar sind.
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In
einem ersten Schritt S1 wird ein optisches Signal in einen vorbestimmten
der Mehrzahl von Wellenlängenkanälen eingespeist.
Das optische Signal wandert von dem ersten Gerät über die optische Übertragungsstrecke
zu dem zweiten Gerät,
wo es zumindest zum Teil zurück
zu dem ersten Gerät
reflektiert wird. Auf seinem Ausbreitungsweg erfährt das Signal eine Dämpfung.
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In
einem zweiten Schritt S2 wird diese Dämpfung des Signals auf dem
vorbestimmten Wellenlängenkanal
nach der Reflexion des Signals erfasst. Die erfasste Dämpfung ist
ein Maß dafür, wie gut
die Filtercharakteristika bzw. die Filterwellenlängen des ersten optischen Geräts und des
zweiten optischen Geräts
aneinander angepasst sind. Bei einer geringen Dämpfung stimmen die Filterwellenlängen der
beiden optischen Geräte
gut überein,
bei einer hohen Dämpfung
kann davon ausgegangen werden, dass die Filterwellenlängen der
beiden optischen Geräte
weniger gut aneinander angepasst sind.
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In
einem dritten Schritt S3 wird daher eine Temperatur des ersten optischen
Geräts
abhängig von
der erfassten Dämpfung
eingestellt, um die Filterwellenlängen des ersten optischen Geräts an die Filterwellenlängen des
zweiten optischen Geräts
anzupassen.
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Bei
dem ersten und dem zweiten optischen Gerät handelt es sich gemäß Ausführungsbeispielen um
AWGs. AWGs können
auf planaren Substraten, meist Silizium-Wafer, hergestellt werden,
auf denen eine Schicht aufgebracht ist (beispielsweise Glas, Silizium
oder ein Polymer), in der man Wellenleiter realisieren kann.
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Eine
Vorrichtung 40 zur Durchführung des anhand von 3 beschriebenen
Verfahrens ist in 4 dargestellt.
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Die
Vorrichtung 40 dient zum Anpassen einer temperaturabhängigen Filtercharakteristik
eines als Multiplexer/Demultiplexer wirkenden ersten optischen Geräts 14 zur
Kommunikation über
eine Mehrzahl von N Wellenlängenkanälen an eine
temperaturabhängige
Filtercharakteristik eines als Demultiplexer/Multiplexer wirkenden
zweiten optischen Geräts (nicht
gezeigt) zur Kommunikation über
der Mehrzahl von Wellenlängenkanälen, wobei
das erste Gerät 14 und
das zweite Gerät über eine
optische Übertragungsstrecke 20 miteinander
verbindbar sind.
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Die
Vorrichtung 40 weist einen ersten optischen Anschluss 52 für ein WDM-Signal
und eine Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-N für optische
Signale unterschiedlicher Wellenlänge λn (n
= 1, ..., N), die eine Aufspaltung des WDM-Signals darstellen, auf.
Die Vorrichtung 40 umfasst ferner eine Einrichtung 42 zum
Einspeisen eines optischen Signals in einen vorbestimmten der Mehrzahl
von N Wellenlängenkanälen. Dazu
ist die Einrichtung 42 beispielsweise mit einem optischen Splitter 44 gekoppelt,
um das optische Signal in eine Faserleitung 18-n für den vorbestimmten
n-ten (n = 1, ..., N) Wellenlängenkanal
einzuspeisen. Das eingespeiste optische Signal wird zusammen mit
den auf den anderen optischen Faserleitungen 18-1 bis 18-N anliegenden
optischen Signalen durch den optischen Multiplexer 14 und
die Übertragungsstrecke 20 in Richtung
des zweiten optischen Geräts
bzw. des optischen Demultiplexers übertragen. Dabei wird das eingespeiste
optische Signal an dem optischen Demultiplexer reflektiert und gelangt über den
optischen Splitter 44 zu einer Einrichtung 46 zum
Erfassen einer Dämpfung
des optischen Signals auf dem vorbestimmten Wellenlängenkanal
n nach der Reflexion des optischen Signals. Zum Anpassen der temperaturabhängigen Filtercharakteristik
des optischen Multiplexers 14 an die temperaturabhängige Filtercharakteristik
des optischen Demultiplexers ist die Einrichtung 46 mit
einer Einrichtung 48 zum Einstellen einer Temperatur des ersten
Geräts 14 abhängig von der
erfassten Dämpfung
gekoppelt.
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Da
die Filterwellenlängen-Charakteristik
des optischen Geräts 14,
welches insbesondere ein AWG umfassen kann, temperaturabhängig ist,
kann über die
aktive Temperaturregelung die Filterwellenlängen-Charakteristik des ersten
optischen Geräts 14 an
die Filterwellenlängencharakteristik
des zweiten optischen Geräts
angeglichen werden. Dabei kann davon ausgegangen werden, dass bei Übereinstimmung
der Filterwellenlängen-Charakteristik
für den vorbestimmten
n-ten Wellenlängenkanal
auch eine gute Übereinstimmung
der Filterwellenlängen-Charakteristika
für die
verbleibenden (N – 1)
Wellenlängenkanäle gegeben
ist.
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Ein
mögliche
Ausführungsform
des in 4 nicht dargestellten zweiten optischen Geräts ist in 5 gezeigt.
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5 zeigt
ein Gerät 50 zur
Kommunikation über
eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen mit
einem ersten optischen Anschluss 52 für ein WDM-Signal, einer Mehrzahl
von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-N für optische
Signale unterschiedlicher Wellenlängen λ1 bis λN,
wobei ein vorbestimmter Anschluss 54-n der Mehrzahl von
zweiten optischen Anschlüssen
durch einen Reflektor 56 abgeschlossen ist und die anderen
der Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen von außen optisch ankoppelbar sind.
Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
umfasst das Gerät
ein auf einem Substrat aufgebrachtes Wellenleiter-Gitter 22.
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Gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung ist der Reflektor 56 eine optische Messleitung
mit einer definierten Länge,
einer definierten Dämpfung
und einem reflektierenden Ende, so dass der n-te Wellenlängenkanal
eindeutig identifiziert werden kann.
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Der
Reflektor 56 könnte
ferner ein in das Gerät 50 integriertes
Bauteil in PLC-Technik (PLC = Planar Lightwave Circuit) sein, welches
einen Zirkulator und einen Dämpfungsring
umfasst und den Anschluss 54-n des Geräts charakteristisch abschließt und damit
ein eindeutiges Auffinden des Anschlusses 54-n mit beispielsweise
einem Impulsreflektometer bzw. OTDR ermöglicht.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
umfasst das erste und/oder zweite optische Gerät jeweils ein auf einem Substrat
aufgebrachtes AWG. Dabei ist das AWG vorzugsweise in einer preiswerten
Polymertechnologie hergestellt.
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Die
Einrichtung 46 zum Erfassen der Dämpfung weist gemäß Ausführungsformen
einen optischen Empfänger
zum Ermitteln einer Lichtintensität auf. Gemäß einem bevorzugten Ausführungsbeispiel werden
die Einrichtung 42 zum Einspeisen des Signals und die Einrichtung 46 zum
Erfassen der Dämpfung
des Signals von einem optischen Impulsreflektometer umfasst.
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Die
Einrichtung 48 kann gemäß Ausführungsbeispielen
ein resistives Heizelement oder eine andere Einrichtung umfassen,
um die Temperatur des ersten optischen Geräts bzw. des AWGs 14 zu beeinflussen,
wie beispielsweise Heizelemente oder thermoelektrische Kühler, insbesondere
Peltier-Elemente.
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6 zeigt
ein WDM-Netzwerk mit einer AWG-Filterwellenlängen-Regelung
in der Netzwerkzentrale, gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Die
Netzwerkzentrale 10 umfasst eine Vorrichtung 40 zum
Anpassen einer temperaturabhänigen
Filtercharakteristik eines optischen Multiplexers bzw. AWGs 14 zur
Kommunikation über
eine Mehrzahl von N Wellenlängenkanälen an eine
temperaturabhängige
Filtercharakteristik eines optischen Demultiplexers bzw. AWGs 22 zur
Kommunikation über die
Mehrzahl von Wellenlängenkanälen, wobei
der optische Multiplexer 14 und der optische Demultiplexer 22 über eine
optische Übertragungsstrecke 20 miteinander
verbunden sind.
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Die
Vorrichtung 40 zum Anpassen der temperaturabhängigen Filtercharakteristik
weist ein optisches Impulsreflektometer bzw. OTDR 60 auf,
welches mit dem n-ten Anschluss des optischen Multiplexers 14 verbunden
ist, um ein Signal mit einer Wellenlänge λn in
den n-ten Wellenlängenkanal
einzuspeisen. Ferner ist das OTDR 60 mit einer Kontroll-Schaltung 62 verbunden,
um einen thermoelektrischen Kühler 64 anzusteuern.
Eine Einrichtung 66 zum Messen der Temperatur des AWGs 14,
welche beispielsweise einen Thermistor umfassen kann, ist ebenfalls
mit der Kontrollschaltung 62 gekoppelt.
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Die übrigen in 6 dargestellten
Funktionselemente wurden bereits anhand der im Vorhergehenden beschriebenen
Zeichnungen näher
erläutert.
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Die
Funktionsweise der in 6 dargestellten AWG-Filterwellenlängen-Regelung
durch die Vorrichtung 40 soll im Nachfolgenden näher beschrieben werden.
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Im
entfernten Netzwerkknoten 12 wird vornehmlich ein rein
passiver AWG 22 ohne jegliche Wellenlängenkompensation eingesetzt.
Der AWG 14 in der Netzwerkzentrale 10 umfasst
einen integrierten thermoelektrischen Kühler 64 (Peltier-Element) und wird über eine
präzise
Temperaturregelung so geregelt, dass die beiden AWG-Filterkurven
zur Deckung kommen und nicht Wegdriften. Hierzu wird ein kompaktes
optisches Impulsreflektometer 60 eingesetzt, welches fortlaufend
den Dämpfungsverlauf
der optischen Übertragungsstrecke 20 einschließlich beider
AWGs 14, 22 misst. Die gemessenen AWG-Dämpfungswerte
werden genutzt um die Filterkurve des AWG 14 in der Netzwerkzentrale 10 über gezielte
Temperaturänderungen
so einzustellen, dass sie möglichst
exakt mit der Filterkurve des entfernten AWG 22 zur Deckung
kommt und dieser folgt. Die temperaturabhängige Filterkurve des entfernten AWG 22 dient
somit als Referenz zur Nachführung der
Filterkurve des zentralen AWG 14. Da die beiden AWG-Filterkurven
in Abhängigkeit
von der Temperatur des entfernten AWG 22 wandern, können in
einem prinzipiell in 6 dargestellten WDM-System keine
Lasersender mit jeweils fester zentraler Wellenlänge verwendet werden. Vielmehr
ist es in dem WDM-System nach 6 der Einsatz
von Lasersendern 16-n (n = 1, ..., N) vorteilhaft, welche
wellenlängenunabhängig arbeiten
und auf den jeweils angeschlossenen Wellenlängenkanal des AWGs 14 einrasten.
Dazu werden zwei spektral breitbandige Weißlichtquellen verwendet, welche über die
zentrale Glasfaser 20 bidirektional eingespeist werden
und damit die beiden AWGs 14 und 22 jeweils an
ihrem spektral breitbandigen Anschluss 52 speisen. Die AWGs 14, 22 zerlegen
dann das Weißlicht
in N spektral schmalbandige Weißlichtquellen,
deren Licht über
die N zweiten Anschlüsse 54-n (n
= 1, ..., N) zu den angeschlossenen Lasersendern 16-n (n
= 1, ..., N) gelangen. Als Lasersender 16-n (n = 1, ...,
N) bzw. Lichtquellen kommen beispielsweise reflektierende optische
Halbleiterverstärker
(RSOA = Reflective Semiconductor Optical Amplifier) oder injektionsgelockte
Fabry-Perot-Laserdioden (IL-FP = Injection Locked Fabry Perot Laser
Diode) zum Einsatz. Diese rasten angeregt durch das spektral schmalbandige Weißlicht auf
den jeweiligen Wellenlängenkanal
ein und senden automatisch auf der jeweils richtigen Wellenlänge λn (n
= 1, ..., N) des jeweiligen Wellenlängenkanals.
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Die
beiden AWGs 14 und 22 sind jeweils in PLC-Technik
aufgebaut. Der zentrale AWG 14 umfasst einen mit dem Substrat
verbundenen hoch präzisen
Thermistor 66, welcher über
seinen temperaturabhängigen
Widerstand Rth die AWG-Substrattemperatur misst. Das PLC-Substrat
ist großflächig mit einem
thermoelektrischen Kühler 64 verbunden,
welcher beispielsweise über
den Peltier-Effekt das Substrat kühlen oder heizen kann. Über die
gezielte Temperaturänderung
des AWGs 14 kann dessen Filterkurve in beide Richtungen
verschoben werden. Das im entfernten Netzkonten 12 installier te
AWG 22 ist rein passiv und seine Filterkurve wandert mit
der Temperatur zu längeren
oder kürzeren
Wellenlängen λn (n
= 1, ..., N).
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Das
AWG 14 in der Netzwerkzentrale 10 wird zunächst über eine
vom OTDR 60 gelieferte Stellspannung UTemp_AWG und
die Kontroll-Schaltung 62 auf eine feste Arbeitstemperatur
von beispielsweise 25°C
eingestellt. Die Kontroll-Schaltung 62 erhält über den
Thermistor 66 eine zu einer Ist-Temperatur des AWGs 14 proportionale
Spannung UT. Über die beiden Spannungen UT und UTemp_AWG kann
die Kontroll-Schaltung 62 die Ist-Temperatur mit der Soll-Temperatur
vergleichen. Über
beispielsweise eine PI-Regelcharakteristik der Kontroll-Schaltung 62 wird
die Temperatur des AWGs 14 nachgestellt und unabhängig von
einer Außentemperatur
auf den Soll-Temperaturwert
geregelt.
-
Das
optische Impulsreflektometer 60 misst bei einer Wellenlänge λn (n
= 1, ..., N) einen Dämpfungsverlauf
der optischen Übertragungsstrecke
einschließlich
der beiden AWGs 14, 22. Geht man zunächst davon
aus, dass die OTDR-Sendewellenlänge λn (n
= 1, ..., N) exakt mit der Wellenlänge des n-ten Wellenlängenkanals
des zentralen AWGs 14 übereinstimmt,
dann zeigt eine Rückstreukurve
eine bekannte Einfügedämpfung dieses
AWGs 14 an. Typische Einfügedämpfungen von beispielsweise 40-Kanal-AWGs,
d. h. N = 40, liegen bei ca. 3–7
dB (Dezibel), während
eine Isolation zu einem Nachbarkanal ca. 25 dB beträgt. Sind
die beiden AWG-Filterkurven gegeneinander versetzt, so weist die
Rückstreukurve
für den
entfernten AWG 22 eine höhere Dämpfung als die entsprechende
Einfügedämpfung auf,
da der verschobene n-te Wellenlängenkanal
nur einen Teil des Laser-Lichtspektrums und damit eine geringere
Lichtleistung passieren lässt.
Werden nun, vom OTDR 60 gesteuert, die OTDR-Sendewellenlänge λn (n
= 1, ..., N) und die Filterwellenlänge des zentralen AWGs 14 parallel
in Richtung geringerer Dämpfungswerte
des entfernten AWGs 22 verschoben, dann nähern sich
die beiden AWG-Filterkurven immer
weiter aneinander an, bis die Einfüge dämpfung des entfernten AWGs 22 als
Dämpfungsminimum
gemessen wird. Der Regelvorgang ist abgeschlossen, wenn die vorher
bekannte AWG-Einfügedämpfung erreicht
ist. Neben diesem Regelvorgang gleicht das OTDR 60 nach
dem gleichen Muster kontinuierlich seine eigene Sendewellenlänge mit
der Wellenlänge
des n-ten Wellenlängenkanals
des zentralen AWGs 14 ab.
-
Geht
man von einer Temperaturabhängigkeit der
Filterwellenlängen
des zentralen AWGs 14 von ca. 10 Picometer/°C aus, so
kann im Außenbereich (–40°C bis 70°C) eine Wellenlängenverschiebung von
bis zu 1,1 nm (Nanometer) auftreten. Liegen die Wellenlängen z.
B. im 100-GHz-Raster (0,8 nm), dann überschreitet die temperaturabhängige Wellenlängenverschiebung
im Extremfall den Abstand zweier benachbarter Zentralwellenlängen λn (n
= 1, ..., N). Dies kann dazu führen,
dass die Regelschaltung den Wellenlängenkanal n des zentralen AWGs 14 mit dem
Wellenlängenkanal
n + 1 bzw. n – 1
des teilnehmernahen AWGs 22 zur Deckung bringt. Um dies
zu vermeiden wird gemäß Ausführungsbeispielen
an den n-ten Anschluss für
den n-ten Wellenlängenkanal,
welcher als Messkanal fungiert, am entfernten AWG 22 eine
Messglasfaser mit einer definierten Länge von beispielsweise 2 bis
5 Metern, einer definierten Dämpfung
und einem reflektierendem Ende angespleist. Sollte nach Abschluss
des Regelvorgangs diese charakteristische Messglasfaser 56 nicht
vom OTDR 60 anhand ihrer festen Länge, Dämpfung und Fresnel-Reflexion identifiziert
werden, so kann ein Suchlauf gestartet werden, der durch gezielte
Wellenlängenverstimmung
des OTDR-Senders 60 und der Filterwellenlänge des
zentralen AWGs 14 um einen Rasterabstand von 0,8 nm nach
oben oder unten die Messglasfaser 56 sucht und die Regelung
auf den richtigen Wellenlängenkanal
n einstellt.
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Dazu
zeigt 7 eine Darstellung von zwei zur Deckung gebrachten
Filterwellenlängen-Charakteristika
eines zentralen AWGs 14 und eines entfernten AWGs 22 durch
das erfindungsgemäße Konzept. Da
die Regelung auf dem n-ten Wellen längenkanal basiert werden die
Filterwellenlängen λn des
zentralen AWGs 14 und λn' des
entfernten AWGs 22 nahezu ideal übereinstimmen. Die restlichen
Filterwellenlängen λ1 bis λN werden
bei einer gleichen Bauweise der beiden AWGs auch in guter Näherung mit λ1' bis λN' übereinstimmen.
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Ein
detailliertes Blockdiagramm zur Beschreibung eines Aufbaus eines
optischen Impulsreflektometers 60 gemäß einem Ausführungsbeispiel der
vorliegenden Erfindung ist in 8 gezeigt.
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Das
optische Impulsreflektometer 60 umfasst ein OTDR-Frontend 70,
eine Signal-Mittelungs-Einrichtung 80 und einen Prozessor 90.
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Das
OTDR-Frontend 70 weist einen optischen Splitter 71 auf,
der ausgangsseitig mit dem vorbestimmten n-ten Wellenlängenkanal
bzw. dem vorbestimmten n-ten Anschluss 54-n des zentralen AWGs 14 gekoppelt
ist. Eingangsseitig ist der optische Splitter 71 mit einem
Lasersender 73 verbunden. Der Lasersender 73 weist
eine Laserdiode 74, einen Thermistor 75 und einen
thermoelektrischen Kühler
bzw. Heizer 76 (TEC = Thermo-Electric Cooler) auf. Ferner
ist der Lasersender 73 mit einer Kontroll-Schaltung 77 zur
Steuerung des thermoelektrischen Kühlers 76 gekoppelt.
Des Weiteren ist der Lasersender 76 mit einem Laserpulstreiber 78 gekoppelt.
-
Der
optische Splitter 71 ist eingangsseitig ferner mit einem
optischen Empfänger 72 (ORX)
gekoppelt, welcher beispielsweise eine Avalanche-Photodiode mit
nachgeschalteten Transimpedanzverstärker (TIA) aufweist. Der optische
Empfänger 72 ist mit
einem Analog-Digital-Wandler (ADC = Analog-Digital-Converter) 79 gekoppelt.
Ausgangsseitig ist der ADC 79 mit einem Rückstreukurvenspeicher 81 und einem
ersten Register 82 der Signal-Mittelungs-Einrichtung 80 gekoppelt.
Das erste Register 82 ist ausgangsseitig mit einer arithmetisch
logischen Einheit (ALU = Arithmetic- Logic-Unit) 83 verschaltet,
welche wiederum mit einem zweiten Register 84 der Signal-Mittelungs-Einrichtung 80 gekoppelt
ist. Die ALU 83 ist mit einem Speicher 91 der
Recheneinheit 90 gekoppelt. Ausgangsseitig ist der Speicher 91 mit
einem Mikrocontroller 92 verschaltet. Der Mikrocontroller 92 weist
eine Ethernet-Schnittstelle 93, eine RS-232/USB-Schnittstelle 94 (USB
= Universal Serial Bus) und GPIO's 95 (GPIO
= General Purpose Input/Output) auf. Ferner ist der Mikrocontroller
mit einem SDRAM-Speicher 96 (SDRAM = Synchronous Dynamic
Random Access Memory) und einem Flash-Speicher 97 gekoppelt. Über Digital-Analog-Wandler 98 und 99 (DAC
= Digital-Analog-Converter) ist der Mikrocontroller 92 mit
der Kontroll-Schaltung 77 und einer Kontroll-Schaltung 62 zum
Steuern des thermoelektrischen Kühlers 64 verbunden.
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Das
OTDR 60 sendet über
den Lasersender 73 zyklisch kurze Lichtimpulse über den
Splitter 71 in die Glasfaserleitung 18-n. Über das
AWG 14 wandert der Lichtimpuls durch die zentrale Glasfaserleitung 20.
Während
sich der Laserlicht impuls entlang der Glasfasern 18-n, 20 ausbreitet,
stoßen
fortlaufend Photonen mit Molekülen
der Glasfasern 18-n, 20 zusammen und erzeugen
sog. Rayleigh-Streulicht, welches zu einem Teil in Gegenrichtung
zu dem OTDR zurückstreut.
Eine Avalanche-Photodiode mit nachgeschaltetem Transimpedanzverstärker in
dem optischen Empfänger 72 führt eine
optoelektrische Wandlung der Rückstreukurve
durch. Ein schneller ADC 79 digitalisiert die Rückstreukurve,
die über
einen Datenbus in den Rückstreukurvenspeicher 81 geschrieben
wird. Aufgrund der geringen Lichtleistung, die beim Rückstreumessverfahren
an den Anfang der Glasfaser und damit zum OTDR Ein-/Ausgang zurückgestreut
wird, ist eine Rauschbefreiung der gemessenen Rückstreukurven vorteilhaft.
Dies kann beispielsweise durch ein Aufaddieren vieler digitalisierter
Rückstreukurven
geschehen. Bei einer Mittelwertbildung über J zeitlich nacheinander
aufgenommene Rückstreukurven
wächst
eine Rückstreuspannung
proportional zu J und eine Rauschspannung nur mit √J, wobei
J hier gleich der Anzahl der aufaddierten Rückstreukurven ist. Mittels
der digitalen Signalmittelungsschaltung 80 wird die jeweils
aktuell gemessene Rückstreukurve
mit den bereits aufsummierten Kurven addiert. Dazu wird beispielsweise
Punkt für
Punkt die aktuelle Rückstreukurve
aus dem Speicher 81 und die Summenrückstreukurve aus dem Speicher 91 in
die Register 82 und 84 geschrieben, über die
arithmetisch logische Recheneinheit 83 addiert und in den
Summenspeicher 91 zurückgeschrieben.
Danach startet ein neuer Messzyklus mit dem Senden eines Lichtimpulses
und der Speicherung einer neuen Rückstreukurve in Speicher 81.
Parallel zur fortlaufenden Rückstreumessung
kann die Recheinheit 90 über den zweiten Datenbus des
Summenspeichers 91 auf die akkumulierten Rückstreukurven
zugreifen. Der Mikrocontroller 92 berechnet aus der exponentiell
abfallenden Summen-Rückstreukurve
beispielsweise durch punktweise Logarithmierung eine bekannte von
Rückstreumessgeräten angezeigte
Dämpfungskurve
des Messobjekts. Dabei wird auf der Ordinate die Faserdämpfung in
dB und auf der Abszisse die Messstrecke in Kilometer angezeigt.
Eine Applikationssoftware des 60 wertet fortlaufend die
Dämpfungen
in dem zentralen AWG 14 und dem entfernten AWG 22 aus und
steuert, wie bereits erläutert, über die
zwei Peltier-Elemente 76 und 64 die Temperatur
des Lasers 73 und des zentralen AWGs 14 automatisch
nach.
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Die
Filterkurve des entfernten AWG 22 wandert proportional
mit der Umgebungstemperatur zu längeren
bzw. kürzeren
Wellenlängen λn (n
= 1, ..., N). Diese wandernde Filterkurve des entfernten AWGs 22 dient
dem zentralen AWG 14 als Referenz auf die dieser AWG 14 seine
Filterkurve durch Heizen oder Kühlen
nachzieht. Mit heutiger hoch integrierter Schaltungstechnik kann
das OTDR 60 mit wenigen Bauteilen kompakt und preiswert
aufgebaut werden und in ein WDM-Übertragungssystem
integriert werden.
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Für einen
Netzwerkbetreiber kann sich aus der integrierten OTDR-Messtechnik
ein erheblicher Zusatznutzen ergeben. Über die integrierte Fast-Ethernet-Schnittstelle 93 kann
die Rückstreukurve
abgerufen und weiter verwertet werden. Bis auf die Teilnehmeranschlussleitungen,
die am entfernten AWG 22 beginnen, kann die gesamte optische Übertragungsstrecke
ohne zusätzliche,
teure Messgeräte kontinuierlich überwacht
werden. Sollte die Glasfaserleitung 20 zwischen dem zentralen
AWG 14 und entfernten AWG 22 beschädigt werden,
so kann die Dämpfung
und der Fehlerort rasch ermittelt werden und beispielsweise über ein
Netzwerkmanagementsystem gemeldet werden. Dies wird bei dem in 9 dargestellten
redundanten Ringnetzwerk zur automatischen Umschaltung auf einen
optischen Ersatzweg genutzt.
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9 zeigt
ein Ringnetzwerk, wobei die Netzwerkzentrale 10 und der
entfernte Netzwerkknoten 12 im Wesentlichen die im Vorhergehenden
beschriebene Funktionsweise aufweisen. Die die Netzwerkzentrale 10 und
den entfernten Netzwerkknoten 12 verbindende zentrale Glasfaser 20 ist
in 9 durch zwei zentrale Glasfasern 20-1 und 20-2 ersetzt,
zwischen denen durch Schalter 100-1 und 100-2 gewählt werden
kann. Dabei befindet sich der erste Schalter 100-1 an der
Netzwerkzentrale 10 und der zweite Schalter 100-2 an
dem entfernten Netzknoten 12. Zusätzlich zu dem bisher Beschriebenen, ist
das optische Impulsreflektometer 60 mit dem ersten Schalter 100-1 gekoppelt,
um abhängig
von einer gemessenen Dämpfung
die Schalterstellung zu beeinflussen. Wird die Schalterstellung
des ersten Schalters 100-1 geändert, so wird gleichzeitig
die Schalterstellung des zweiten Schalters 100-2 entsprechend
geändert.
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Ein
40-Kanal-WDM-Übertragungssystem kann
sehr hohe Übertragungskapazitäten realisieren. Geht
man beispielsweise von einem Gigabit pro Sekunde Übertragungsrate
pro Wellenlängenkanal
aus, dann ist die Übertragungskapazität pro Übertragungsrichtung
40 Gigabit pro Sekunde. Wird, wie bei dem erfindungsgemäßen Konzept,
ein dedizierter Wellenlängenkanal
für die
OTDR-Messtechnik verwendet, dann bleiben 39 Gigabit pro Sekunde übrig. Geht
man von einer mittleren Teilnehmerdatenrate von 39 Megabit pro Sekunde
aus, dann können
sich insgesamt 1.000 Teilnehmer die gesamte Übertragungskapazittät teilen.
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In
Zukunft nutzen Teilnehmer immer stärker ein so genanntes Triple-Play-Diensteangebot
von Service-Providern. Neben High-Speed-Internet nutzen die Teilnehmer
die Möglichkeit,
Echtzeitdaten, wie beispielsweise Telefonie und IP-Video, über das gleiche
Breitbandzugangsnetzwerk zu beziehen. Wenn 1.000 oder mehr Teilnehmer
ein WDM-Netzwerk in dieser Weise nutzen, dann ist eine hohe Zuverlässigkeit
unerlässlich.
Die häufigste
Ursache für einen
Netzwerkausfall liegt in einer Zerstörung der Übertragungskabel 20 durch
Baumaßnahmen
oder ähnliches.
Das in 9 dargestellte WDM-System in Ringtopologie kann
durch redundante Wegeführung der
optischen Kabel 20-1 und 20-2 und automatische Redundanzumschaltung
auf einen Ersatzweg vor solchen Ausfällen schützen.
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Dazu
wird ein Glasfaserring aus den Glasfasern 20-1 und 20-2 aufgebaut,
der über
die beiden optischen Schalter 100-1 und 100-2 auf
die beiden AWGs 14, 22 geschaltet wird. Im Normalbetrieb
liegen beide optischen Schalter in einer Position A und die Datenübertragung
erfolgt über
den oberen Glasfaser-Halbring 20-1. Stellt das OTDR 60 beispielsweise
aufgrund eines hohen Dämpfungswertes
im oberen Ring eine Unterbrechung oder eine zu starke Störung fest,
so wird automatisch über
einen Logikpegel auf der Leitung 102 der optische Schalter 100-1 angewiesen,
in die Schaltposition B zu wechseln. Kurz vorher wird die Wellenlängenregelung deaktiviert.
Der optische Schalter 100-2 arbeitet autark und überprüft beispielsweise über einen
integrierten optischen Pegelmesser die Lichtleistung an seinen beiden
Glasfaserports A und B. Sinkt die erwartete Lichtleistung an Punkt
A unter einen definierten Schwellwert, dann gilt der optische Übertragungsweg A
als gestört
und der Schalter 100-2 geht in die Schalterposition B.
Nach einer maximalen Umschaltzeitverzögerung durch die beiden optischen
Schalter 100-1 und 100-2 wird die Wellenlängenregelung
wieder aktiviert und das Übertragungssystem
arbeitet auf dem optischen Ersatzweg 20-2 weiter. Das OTDR 60 setzt
beispielsweise über
ein integriertes Managementsystem eine Warnmeldung ab. Diese wird über die
Fast-Ethernet-Schnittstelle 93 an eine Netzwerkmanagement-Zentrale
(nicht gezeigt) gesandt und führt
dort zu einer Fehlermeldung.
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Im
Vorhergehenden wurden WDM-Übertragungssysteme
mit einer aktiven Temperaturregelung seitens der Netzwerkzentrale 10 erläutert, wohingegen
auf eine aktive Temperaturregelung der AWGs seitens des entfernten
Netzwerkknotens 12 verzichtet wurde. Gemäß Ausführungsbeispielen
der vorliegenden Erfindung kann aber auch auf Seiten des entfernten
Netzwerkknotens 12 eine aktive Temperaturregelung eingesetzt
werden, welche im Nachfolgenden näher erläutert wird.
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10 zeigt
ein Gerät 110 zur
Kommunikation über
eine Mehrzahl von Wellenlängenkanälen mit einem
ersten optischen Anschluss 52 für ein WDM-Signal, einer Mehrzahl
von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-N für optische
Signale unterschiedlicher Wellenlänge λn (n
= 1, ..., N), die eine Aufspaltung des WDM-Signals darstellen.
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Das
Gerät 110 umfasst
einen optischen Demultiplexer 22 oder Multiplexer, beispielsweise
in Form eines AWGs. Ferner umfasst das Gerät 110 eine Einrichtung 112 zum
Ermitteln einer optischen Signalintensität an einem vorbestimmten 54-n der Mehrzahl
von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-N und
eine Einrichtung 114 zum Einstellen einer Temperatur des
Geräts 110 bzw.
des AWG 22 abhängig
von der ermittelten Signalintensität, derart, dass sich die erfasste
optische Signalintensität
erhöht.
Des Weiteren weist das Gerät 110 einen
externen Koppelanschluss 116 auf, wobei der externe Koppelanschluss 116 mit
den anderen der Mehrzahl von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-N verbunden
ist, und der vorbestimmte zweite optische Anschluss 54-n von
dem externen Koppelanschluss 116 getrennt ist.
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Gemäß Ausführungsbeispielen
umfasst die Einrichtung 112 zum Ermitteln der optischen
Signalintensität
einen optischen Empfänger
zum Ermitteln der Signalintensität.
Dabei kann der optische Empfänger
beispielsweise eine Photodiode aufweisen. Die Einrichtung 114 umfasst
gemäß Ausführungsbeispielen, ähnlich der
Einrichtung 48 einen thermoelektrischen Kühler, insbesondere
ein Peltier-Element.
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Soll
ein WDM-System in einem ITU-T-Wellenlängenraster (ITU-T = International
Telecommunication Union, Telecommunications Bureau) zusammen mit
Standard-CWDM oder Standard-DWDM-Transceivern
betrieben werden, dann kann dies, wie im Vorhergehenden bereits
beschrieben wurde, mittels Einsatz von passiven athermischen AWG
erfolgen. Ein passiver athermischer AWG ist nahezu unempfindlich
gegenüber
Temperaturänderungen
und seine Kanäle
liegen in ITU-Raster. Zudem kann er als Wellenlängenreferenz dienen und über die
OTDR-Wellenlängenregelung
kann der zentrale AWG 14 ebenfalls auf das ITU-Raster regeln.
Nachteilhaft an dieser Variante sind der hohe Preis und die oftmals
zu geringe Zuverlässigkeit.
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Das
in 10 schematisch dargestellte Gerät 110 kann
diese Nachteile vermeiden. Im Gegensatz zu dem im Vorhergehenden
beschriebenen System (Regelung auf Multiplexer-Seite) ist hier auch der teilnehmernahe
AWG 22 mit einer Wellenlängenregelung ausgestattet.
Die Funktionsweise der teilnehmernahen aktiven Temperaturregelung
wird nachfolgend näher
erläutert.
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11 zeigt
einen entferntseitigen AWG 22, d. h. einen AWG in einem
entfernten Netzknoten 12, mit einer elektronischen Wellenlängenregelung
gemäß einem
Ausführungsbeispiel
der vorliegenden Erfindung.
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Der
Schalter 100-2 koppelt ein WDM-Signal von einer der beiden
zentralen Glasfasern 20-1 oder 20-2 auf die zentrale
Glasfaser 20 zu dem ersten optischen Anschluss 52 des
AWGs 22. Über
eine Glasfaser 18-n wird ein vorbestimmter der Mehrzahl
von zweiten optischen Anschlüssen 54-1 bis 54-n auf
einen Eingang eines optischen Empfängers 121 eines AWG-Controllers 120 gekoppelt.
Der optische Empfänger 121 weist
dabei eine Avalanche-Photodiode und einen Transimpedanzverstärker auf
und ist ausgangsseitig mit einem Detektor 122 verschaltet.
Der Detektor 122 ist mit einem ADC 123 eines Mikrocontrollers 124 gekoppelt.
Der Mikrocontroller 124 weist ferner eine RS-232- bzw.
USB-Schnittstelle 94 und GPIO's 95 auf. Ferner umfasst der
Mikrocontroller natürlich
einen Prozessor, einen Speichercontroller und Speicherbausteine.
Ein DAC 125 des Mikrocontrollers 124 ist mit einer
Kontroll-Schaltung 126 gekoppelt, welche ausgangsseitig
mit dem thermoelektrischen Kühler 64 verschaltet
ist, um eine Temperatur des AWGs 22 einstellen zu können.
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Um
sowohl den zentralen AWG 14 als auch den entfernten AWG 22 mit
absoluter Genauigkeit auf das ITU-Wellenlängenraster zu regeln, wird
eine Wellenlängenreferenz
benötigt.
Im einfachsten Fall kann die Wellenlänge des OTDR-Lasers bei der
Produktion über
die Temperatur vermessen und die Arbeitspunkte mehrerer aufeinander
folgender ITU-Wellenlängen
nicht flüchtig
gespeichert werden. Zur Beschreibung der Schaltung nach 11 soll
zunächst
angenommen werden, dass mittels des zentralen OTDRs 60 der
zentrale AWG 14 auf sein ITU-Raster abgeglichen wurde.
Der OTDR 60 sendet seine Lichtimpulse auf der Wellenlänge des
n-ten ITU-Kanals und der zentrale AWG 14 ist dort über die Temperatur
auf minimale Dämpfung
eingeregelt. Auch der entfernte AWG 22 ist korrekt auf
das ITU-Raster abgeglichen und dämpft
die ankommenden OTDR-Lichtimpulse auf der Kanal-N-Wellenlänge minimal.
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Das
optische Impulsreflektometer 60 in der zentralen AWG-Steuerung sendet
in äquidistanten Abständen kurze
Lichtimpulse in die Glasfaserleitung 20-1 oder 20-2. Über den
optischen Schalter 100-2 gelangen die Lichtimpulse auf
den optischen Empfänger 121,
der eine optoelektrische Wandlung vornimmt, den elektrischen Impuls
verstärkt
und diesen zum Detektor 122 weiterleitet. Der Detektor 122 erzeugt
mittels eines schnellen Spitzenwertgleichrichters oder einer schnellen
Sample-and-Hold-Schaltung eine Gleichspannung proportional zur optischen Eingansleistung
des OTDR-Lichtimpulses. Über einen
Analog-Digital-Umsetzer 123 wird der Messwert digitalisiert
und im Mikrocontroller 124 ausgewertet. Solange die Lichtleistung
am Eingang des optischen Empfängers 121 konstant
auf dem maximalen Wert verharrt, erhält die Kontroll-Schaltung 126 eine
konstante Steuerspannung UTemp_AWG vom Ausgang
des Digital-Analog-Wandlers 125.
Der Regelkreis befindet sich im eingeschwungenen Zustand und der
thermoelektrische Kühler 64 wird über eine
konstante Steuerspannung UTEC auf einer
konstanten Temperatur gehalten. Im eingeschwungenen Zustand sind
die Wellenlängenraster
von dem zentralen AWG 14 und dem entfernten AWG 22 deckungsgleich,
wie in 7 schematisch gezeigt wurde. Sendet das OTDR 60 seine
Lichtimpulse zusätzlich
im n-ten Wellenlängenkanal,
dann sind zusätzlich
beide AWGs 14, 22 im ITU-Raster.
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Verändert sich
jetzt einseitig die Temperatur des entfernten AWGs 22,
dann ändert
sich die Filterkurve des AWGs zu längeren oder kürzeren Wellenlängen. Damit
werden die Lichtimpulse des OTDRs 60 stärker gedämpft und über den optischen Empfänger 121,
den Detektor 122 und den ADC 123 wird die geringere
Lichtleistung dem Mikrocontroller 124 gemeldet. Dieser ändert über den
DAC 125 die Steuerspannung an die Kontroll-Schaltung 126,
was wiederum zu einer Temperaturänderung
des thermoelektrischen Kühlers 64 und
damit des entfernten AWGs 22 führt. Die Änderung der DAC-Steuerspannung und
damit der AWG-Temperatur erfolgt dabei in feinen Stufen. Über den
ADC 123 erfolgt kontinuierlich eine Rückmeldung der empfangenen Lichtleistung.
Sollte die Lichtleistung weiter abfallen, dann ist dies ein Indiz
dafür,
dass die Temperatur in die falsche Richtung korrigiert wird. In
diesem Fall muss der DAC-Ausgang in die andere Richtung gesteuert
werden, um den Temperaturanstieg im entfernten AWG 22 und
damit das Wegdriften der Filterwellenlänge zu kompensieren.
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Über eine
einfache Detektion der Lichtleistung der empfangenen OTDR-Lichtimpulse
kann mittels einer preiswerten Mikrocontrollerschaltung eine Wellenlängenregelung
des entfernten AWG 22 realisiert werden, die der zentralen
Wellenlängenregelung
des zentralen AWG 14 folgt.
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12 zeigt
ein weiteres Ringnetzwerk, wobei sowohl die Netzwerkzentrale 10 als
auch der entfernte Netzwerkknoten 12 eine aktive Temperaturregelung
aufweisen, welche im Vorhergehenden erläutert wurden. Der zentrale
AWG 14 wird gemäß der anhand
der 3 bis 8 beschriebenen Vorgehensweise
geregelt, wohingegen der entfernte AWG 22 gemäß der anhand
der 10 und 11 beschriebenen
Vorgehensweise geregelt wird.
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Die
die Netzwerkzentrale 10 und den entfernten Netzwerkknoten 12 verbindende
zentrale Glasfaser 20 ist in 12 durch
zwei zentrale Glasfasern 20-1 und 20-2 ersetzt,
zwischen denen durch Schalter 100-1 und 100-2 gewählt werden
kann. Dabei befindet sich der erste Schalter 100-1 an der Netzwerkzentrale 10 und
der zweite Schalter 100-2 an dem entfernten Netzknoten 12.
Zusätzlich
zu dem bisher Beschriebenen, ist das optische Impulsreflektometer 60 mit
dem ersten Schalter 100-1 gekoppelt, um abhängig von
einer gemessenen Dämpfung
die Schalterstellung zu beeinflussen. Wird die Schalterstellung
des ersten Schalters 100-1 geändert, so wird gleichzeitig
die Schalterstellung des zweiten Schalters 100-2 entsprechend
geändert,
um auf den optischen Ersatzweg umzuschalten.
-
Zusammenfassen
können
durch das erfindungsgemäße Konzept
also Filterwellenlängen
zweier hintereinander geschalteter und durch eine Glasfaserleitung
verbundene AWGs aufeinander abgestimmt werden, indem ein Dämpfungsverlauf
eines n-ten (n = 1, ..., N) Wellenlängenkanals eines ersten AWGs über den n-ten
(n = 1, ..., N) Anschluss des ersten AWGs, die verbindende Glasfaserleitung
und den n-ten (n = 1, ..., N) Anschluss des zweiten AWGs erfasst
wird, wobei der n-te (n = 1, ..., N) Anschluss des zweiten AWGs
beispielsweise eine Messglasfaser umfasst. Abhängig von dem erfassten Dämpfungsverlauf
kann eine Temperatur des ersten AWGs so eingestellt werden, dass
die Filterwellenlängen beider
AWGs zumindest näherungsweise
zur Deckung kommen. Dabei kann es sich bei dem zweiten AWG um einen
entfernten AWG mit passiver, aktiver oder ohne Temperaturkompensation
handeln. Das entfernte AWG besitzt somit eine temperaturabhängige Filterkurve,
die dem ersten temperaturgeregelten AWG in der Netzwerkzentrale
als Referenz dient. Gemäß einem
weiteren Aspekt kann es sich bei dem entfernten AWG um ein Bauteil
mit einer passiven Temperaturkompensation handeln, welches eine weitgehend
temperaturunabhängige
Filterkurve aufweist. Dies ist beispielsweise dann der Fall, wenn
im entfernten Netzwerkknoten ein im Vorhergehenden bereits beschriebener
athermischer AWG zum Einsatz kommt. Gemäß einem noch weiteren Aspekt
der vorliegenden Erfindung kann es sich bei dem entfernten AWG um
ein Bauteil mit aktiver Temperaturkompensation handeln, dessen Filterwellenlängen in
Abhängigkeit
von einer an dem n-ten Anschluss empfangenen Lichtleistung in einem
geschlossenen Regelkreis nachgeregelt werden.
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Es
kann also nur ein AWG temperaturgeregelt sein, während das andere AWG ungeregelt
arbeitet. Erfindungsgemäß können aber
auch beide AWGs temperaturgeregelt sein. Welches der beiden AWGs
dabei als Multiplexer bzw. Demultiplexer arbeitet, ist unerheblich,
da bei einer bidirektionalen Kommunikation im Allgemeinen jeweils
beide AWGs sowohl als Multiplexer als auch als Demultiplexer arbeiten.
-
Zusammenfassend
ist darauf hinzuweisen, dass die vorliegende Erfindung nicht auf
die jeweiligen Bauteile der Vorrichtungen oder die erläuterte Vorgehensweise
beschränkt
ist, da diese Bauteile und Verfahren variieren können. Die hier verwendeten
Begriffe sind lediglich dafür
bestimmt, beson dere Ausführungsformen
zu beschreiben und werden nicht einschränkend verwendet. Wenn in der
Beschreibung und in den Ansprüchen
die Einzahl oder unbestimmte Artikel verwendet werden, beziehen sich
diese auch auf die Mehrzahl dieser Elemente, solange nicht der Gesamtzusammenhang
eindeutig etwas anderes deutlich macht. Dasselbe gilt in umgekehrter
Richtung.
-
Abhängig von
den Gegebenheiten können die
erfindungsgemäßen Verfahren
in Hardware oder in Software implementiert werden. Die Implementierung
kann auf einem digitalen Speichermedium, insbesondere einer Diskette
oder CD mit elektronisch auslesbaren Steuersignalen erfolgen, die
so mit einem programmierbaren Computersystem zusammenwirken können, dass
das entsprechende Verfahren ausgeführt wird. Allgemein besteht
die Erfindung somit auch in einem Computerprogrammprodukt mit auf
einem maschinenlesbaren Träger
gespeicherten Programmcode zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens,
wenn das Computerprogrammprodukt auf einem Rechner abläuft. In
anderen Worten ausgedrückt,
ist die vorliegende Erfindung somit auch ein Computerprogramm mit
einem Programmcode zur Durchführung
des Verfahrens zum Anpassen einer temperaturabhängigen Filtercharakteristik, wenn
das Computerprogramm auf einem Computer abläuft.