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Die
Erfindung bezieht sich auf eine Vorrichtung zur Färbung optischer
Signale, d.h. auf eine Vorrichtung, die es erlaubt, die Wellenlänge der
Signale zu verändern.
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Die
vorliegende Erfindung ist zur Anwendung in optischen Telekommunikationssystemen
bestimmt, insbesondere in Netzen mit Paketübertragung, d.h. in Netzen,
in denen Pakete, die optisch gefärbt
sind, multiplexiert nach Wellenlänge übertragen werden.
Es kann sich um synchrone Teilbilder oder um asynchrone Pakete handeln,
die auf Trägerwellen unterschiedlicher
Längen
moduliert sind.
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Die
Leistungsfähigkeit
optischer Fasern als Übertragungsmedium
haben es erlaubt, die Übertragung
von Information über
Distanzen ins Auge zu fassen, die zunehmend größer werden. Die Entwicklung
optischer Bauteile für
die Aussendung und den Empfang modulierter Signale sowie die Entwicklung optischer
Verstärker
haben zur Konzeption von Hochleistungsnetzen geführt, die die Teilung des sehr
breiten, von der optischen Faser angebotenen Sendebandes in mehrere
Kanäle
anstreben, wobei jeder Kanal das für die elektronischen Systeme
notwendige Band ausnutzt.
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Dieses
Prinzip ist Grundlage für
Vorschläge mehrfarbiger örtlicher
Netze, von Studien von optischen Zugriffsnetzen, die optische Multiplexierung und
zeitsynchrone elektronische Multiplexierung kombinieren, und für optische
Paketnetze auf dem Gebiet der asynchronen Übertragungstechnik.
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In
zahlreichen Studien wird vorgeschlagen, das Übertragungsband der optischen
Faser in verschiedene Kanäle
zu unterteilen, die jeweils durch eine für den Kanal spezifische optische
Frequenz repräsentiert
werden.
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Die
Verwendung dieser Technik, genannt optische Frequenzmultiplexierung
oder Wellenlängenmultiplexierung
(OFDM: optische Frequenzteilmultiplexierung, oder WDM: Wellenlängenteilungsmultiplexierung
in englisch) hat seine Rechtfertigung in der Entdeckung optischer
Funktionen gefunden, die die Verarbeitung optischer Kanäle ermöglichen:
Filterung, Extraktion, Einfügung
von Kanälen,
Demultiplexierung und Frequenzumsetzung. Diese letztgenannte Technik
(Wellenlängenkonversion)
erlaubt es, das Signal von einer Trägerwellenlänge auf eine andere zu übertragen.
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Das
Interesse an der Frequenztransposition hängt von der Art des Netzes
und von den Verwaltungsregeln der verwendeten Wellenlängen ab.
Man erkennt indessen leicht, daß sie
eine große
Anpassungsfähigkeit
bei der Verwaltung der Kanäle
anbietet, insbesondere im Rahmen geschalteter (synchroner oder asynchroner)
Netze, wenn es sich darum handelt, das Streitphänomen zu vermeiden. Dieses Phänomen entspricht
der gelegentlichen Blockierung, wenn zwei Signale gleicher Wellenlänge von unterschiedlichen
physikalischen Trägern
des Netzes transportiert werden und nach Durchlauf durch einen Verbindungsknoten
auf demselben physikalischen Träger übertragen
werden müssen.
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Die
Frequenztransposition erleichtert auch die Wiederverwendung von
Wellenlängen,
wenn zwei Netze realisiert werden sollen. Kurz gesagt, sie erlaubt
es, das Gebiet der optischen Frequenzen als eine perfekt anpassungsfähige Quelle
bei der Netzverwaltung zu betrachten.
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Die
heute verfügbaren
Techniken erlauben am häufigsten
eine Umsetzung der wirksamen Wellenlänge in einem breiten Wellenlängenbereich,
d.h. in einem breiten möglichen
Band für
(λ0, λ1...λn), das transparent
für den
auf den Wellenlängen
transportierten Durchsatz und unabhängig vom Polarisationszustand
der ankommenden Signale ist. Indessen existieren bis heute keine
einfachen Techniken, die die "Pseudo-Transposition" von λ0 nach λ0 beispielsweise
ohne Änderung
der Qualität
des optischen Signals ermöglichen.
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Dieses
Problem stellt sich besonders in dem Fall, wo man eine optische
Frequenztransposition realisieren möchte und man unter den zu transponierenden
Eingangssignalen solche antrifft, die die Transpositionswellenlänge haben.
Dieses kann sich in dem Fall der Übertragung von Paketen ergeben, die
nach der Wellenlänge
multiplexiert sind.
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Es
handelt sich somit darum, die Signale der Wellenlängen λ0, λ1...λn auf eine
Wellenlänge λ0 umzusetzen.
Vorrichtungen zur Realisierung dieser Funktion sind bereits untersucht
worden. Wenn man indessen eine dieser Vorrichtungen ohne spezielle Sorgfalt
einsetzt, dann riskiert man, daß die
Qualität der
Signale, die mit der Wellenlänge λ0 ankommen, erheblich
beeinträchtigt
wird.
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Eine
bekannte Technik zur Transposition der Wellenlänge, die am leichtesten umzusetzen
ist, bedient sich der Kompression der Verstärkung von Halbleiterverstärkern.
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Bei
einem herkömmlichen
Versuchsaufbau wird eine konstante Leistung der Wellenlänge λ0 (Sonde)
zur gleichen Zeit, wie das mit der Intensität λi modulierte Signal in einen
optischen Halbleiterverstärker
eingegeben. Am Ausgang des Verstärkers
ist das Signal der Sonde durch Verstärkungsschwankungen moduliert,
die in Relation mit den Intensitätsschwankungen
des eingegebenen Signals λi
sind. Im Falle, wo λ0
= λi ist,
erscheint das eingegebene konstante Signal (Sonde) wie ein Parasitärsignal.
Die Löschrate
des optischen Signals ist daher verschlechtert.
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Eine
Lösung
könnte
darin bestehen, das Pumpsignal zu modulieren, um es nicht einzugeben, wenn λ0 = λi ist. Diese
Lösung
ist wegen der Synchronisationsprobleme indessen schwierig umzusetzen.
Tatsächlich
ist es notwendig zu wissen, in welchem Moment die Sonde abzuschalten
ist, um das Paket oder Teilbild mit der Wellenlänge λ0 durchzulassen.
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Aus
der
US 53 88 001 A ist
eine Vorrichtung zur Wellenlängenfilterung
optischer Signale bekannt.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, eine Vorrichtung zum Färben optischer
Signale anzugeben, die Daten aufnimmt, die in unterschiedlichen Wellenlängen (λ0, λ1...λn) vorliegen
können,
und die in der Lage ist, am Ausgang diese Daten mit einer der Empfangswellenlängen abzugeben.
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Die
Lösung
dieser Aufgabe ist im Anspruch 1 beschrieben. Vorteilhafte Ausgestaltungen
der Erfindung sind Gegenstand der Unteransprüche.
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Die
Erfindung geht aus der nachfolgenden Beschreibung beispielhaft angegebener
Ausführungsformen,
die nicht als beschränkend
verstanden werden sollen, hervor, wobei auf die Zeichnungen bezug
genommen werden soll. Es zeigt:
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1 ein
Prinzipschema der Erfindung,
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2 ein
Ausführungsschema,
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3 eine
Ausführungsvariante
der Erfindung, und
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4 eine
zweite Variante der Erfindung.
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Die
Erfindung wird in ihrer Anwendung auf die Färbung optischer Pakete oder
von Teilen synchroner Teilbilder beschrieben. Die von der Vorrichtung
realisierte Funktion ist die folgende: Am Eingang der Vorrichtung
gibt man eine Serie von Paketen (oder synchroner Teilbilder) ein,
die zeitlich einander folgen, und zwar mit unterschiedlichen Wellenlängen, die
mit (λ0, λ1...λn) bezeichnet
sind. Man befindet sich somit im Rahmen einer Zeit- und optischen Frequenzmultiplexierung.
Am Ausgang findet man die gleiche Paketserie (oder synchrone Teilbilder),
jedoch werden alle von derselben Wellenlänge λ0 getragen.
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Ein
Prinzipschema dieser Funktion ist in 1 angegeben.
Eine solche Funktion ist in mehrfarbigen Netzen interessant (die
Multiplexierung ist somit einzig frequentiell, der Zeitaspekt verschwindet),
in Netzen, die synchrone Zeitmultiplexierung und Wellenlängenmultiplexierung
kombinieren, in Netzen mit gefärbten
optischen Paketen sowie in Netzverbindungen, die Zuordnungstabellen
(wenigstens teilweise) gemeinsamer Wellenlängen verwenden.
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Die
Vorrichtung nach der Erfindung weist optische Bauteile auf, die
für den
Durchfluß transparent sind,
gegenüber
dem Polarisationszustand unempfindlich sind und deren bedeutsame
Entwicklung im Verlaufe der letzten Jahre eine große Zuverlässigkeit und
relativ niedrige Kosten in der nahen Zukunft erwarten lassen. Weiter
werden eine Wellenlängentranspositionsschaltung,
deren gewählte
Konstruktion und Technologie die Funktion der Färbungsvorrichtung nicht beeinflussen,
ein optischer Zirkulator und ein licht-eingeschriebenes Faserfilter
verwendet.
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2 zeigt
schematisch die vorgeschlagene Anordnung. Sie enthält:
Einen
optischen Zirkulator 30 mit drei Anschlüssen, die in der Zeichnung
mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind, dessen Übertragungsfunktion ähnlich der
von elektrischen Höchstfrequenzzirkulatoren
ist. Das optische Signal tritt bei 1 ein und findet sich
bei 2 wieder, während
das bei 2 eingegebene optische Signal bei 3 austritt.
Solche Vorrichtungen sind bereits handelsüblich und weisen eine bedeutsame
Isolation in Gegenrichtung auf sowie ausreichend kleine Verluste
in Zirkulationsrichtung.
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In
der vorgeschlagenen Vorrichtung werden die Signale (gefärbte Pakete
oder synchrone Teilbilder) in den Eingang 1 des Zirkulators
eingegeben;
- – ein Rückweisfilter 31 für die Wellenlänge λ0 ist am
Anschluß 2 des
Zirkulators angeschlossen. Die Funktion dieses Filters ist es, die
optischen Signale durchzulassen, deren Wellenlängen von λ0 abweichen, während die
Signale der Wellenlänge λ0 reflektiert
werden. Man kann heute solche Vorrichtungen (für ein festes λ0) aufgrund
der Lichteinschreibung (Foto-Inskription)
des Beugungsgitters von Bragg in die Fasern realisieren. Die Form
der Übertragungsfunktion
kann eingestellt werden, indem man die Eigenschaften des Bragg-Beugungsgitters
auswählt.
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Aufgrund
dieses Beugungsgitters erscheinen nur die Wellenlängen, die
von λ0 abweichen,
am Konversionssystem;
- – eine Vorrichtung 32 zur
Umwandlung der Wellenlänge
(Wellenlängenwandler),
in Serie mit dem genannten Filter angeordnet. Die Funktion dieser Vorrichtung
ist es, die Signale entsprechend der Wellenlänge λ0 umzuwandeln;
- – eine
optische Verzögerungsleitung 33 am
Ausgang 3 des Zirkulators. Die Dauer der Verzögerung ist
derart berechnet, daß die
Ausbreitungszeiten der optischen Signale in den Zweigen 2 und 3 des
Zirkulators gleich sind;
- – einen
passiven optischen Koppler 34, der die Zweige 2 (Ausgang
des Wandlers) und 3 (Ausgang der Verzögerungsleitung) des Zirkulators miteinander
verbindet.
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Solche
Wandler existieren bereits auf dem Markt. Man kann sich daher auf
eine detailliertere Beschreibung in der Publikation OFC 94 Technische
Digest, Teil THQ3 mit dem Titel "Simple
wavelenght converter for bit-rate independent operation at data rates
as high as 10 Gbit/s" beziehen.
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Aufgrund
dieses Prinzips kann man Systeme zur Färbung von Paketen (oder snychronen
Teilbildern) mit unterschiedlichen Funktionalitäten konstruieren. Nachfolgend
werden zwei Varianten der oben beschriebenen Vorrichtung erläutert.
- 1. eine erste Variante erlaubt es, eine selektive Färbung einer
Gruppe von n aus m-Paketen (oder Teilbildern) auszuführen.
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Die
Aufgabe dieser Vorrichtung ist es daher, alle Pakete (oder alle
Teilbilder), deren Wellenlängen in
einer Gruppe N = (λ1, λ2...λn) enthalten
sind, auf dieselbe Wellenlänge λ0 zu färben (so
daß λ0 ∈ M). Wenn
hingegen die Wellenlänge
der anderen Pakete (oder Teilbilder) Teil einer anderen Gruppe M
= λ0, λn+1, λn + 2...λm) ist, dann
wird diese Wellenlänge nicht
geändert.
Es sei angemerkt, daß man λ0 ∈ M haben
kann.
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Dieses
System ist eine Erweiterung des oben beschriebenen Systems, wobei
letztere dem Fall entspricht, wo M = (λ0).
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3 zeigt
schematisch eine Vorrichtung, die die erhoffte Funktion ausführt. Sie
enthält:
- – einen
optischen Zirkulator 40 mit drei Anschlüssen, die in der Zeichnung
mit 1, 2 und 3 bezeichnet sind. In dieser
vorgeschlagenen Vorrichtung werden die Signale (gefärbte Pakete oder
snychrone Teilbilder) dem Eingang 1 des Zirkulators zugeführt;
- – eine
Wandlervorrichtung 42 für
die Wellenlänge, die
in Serie mit dem Lichteinschreibfilter 41 (Bragg-Filter)
angeordnet ist. Die Funktion dieser Vorrichtung ist es, die Signale
entsprechend der Wellenlänge λ0 umzuwandeln;
- – eine
optische Verzögerungsleitung 43,
die am Ausgang 3 des Zirkulators angeordnet ist. Die Dauer
der Verzögerung
ist derart berechnet, daß die
Ausbreitungszeiten der optischen Signale in den Zweigen 2 und 3 des
Zirkulators gleich sind;
- – einen
passiven optischen Koppler 44, der die Zweige 2 (Ausgang
des Wandlers) und 3 (Ausgang der Verzögerungsleitung) des Zirkulators miteinander
verbindet.
- 2. Eine zweite Variante
erlaubt es, eine Färbung von
P Paketgruppen (oder Teilbildern) auszuführen.
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Die
Funktion dieser Vorrichtung ist es, P Paketgruppen zu färben. Jede
dieser Gruppen entspricht einer Gruppe Wellenlängen. Die erste Paketgruppe
wird von den Paketen (oder Teilbildern) der Wellenlängen {λ(1,1)...λ(n1,1)} gebildet.
Das Paket Nummer P wird von den Wellenlängen {λ(1,P)...λ(nP,P)} gebildet. Es sei angemerkt,
daß diese
Gruppen nicht notwendigerweise getrennt sind: man kann dieselbe
Wellenlänge
in zwei Gruppen haben.
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Die
Vorrichtung färbt
die Pakete der ersten Gruppe der Wellenlänge λ1, die Pakete der zweiten der
Wellenlänge λ2 usw.. Wenn
darüberhinaus
ein Paket mit einer Wellenlänge
ankommt, die zu keiner der P-Gruppen gehört, dann wird die Farbe dieses Paketes
nicht geändert.
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Die
gewöhnlich
vorgeschlagenen Techniken zur Ausführung dieser Funktion führen eine
Trennung der Kanäle
mit Hilfe eines Demultiplexers für die
Wellenlänge
(beispielsweise im Netz) aus, schlagen dann die parallele Verarbeitung
jeder der so getrennten Kanäle
vor. Die erfindungsgemäße Vorrichtung
erlaubt es, auf eine Demultiplexierung zu verzichten.
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Die
Vorrichtung kommt einer Serienschaltung von P Vorrichtungen gleich,
die identisch mit der nach 3 sind.
Man kann die Gruppe aufgrund eines Zirkulators mit P+2 Zweigen umgruppieren.
Das Prinzipschema findet sich in 4.
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In
der vorgeschlagenen Vorrichtung werden die Signale (gefärbte Pakete
oder synchrone Teilbilder) dem Eingang 1 des Zirkulators
zugeführt.
Die Vorrichtung enthält:
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- – einen
optischen Zirkulator 50 mit P+2 Anschlüssen, die in der Zeichnung
mit 1, 2, ... P+2 bezeichnet sind,
- – P
Rückweisfilter 511 bis 513.
Das i-te Filter sperrt alle Wellenlängen, die in der Gruppe {λ(1,i),λ(2,i)...λ(ni,i)} nicht
erscheinen. Es ist an den Anschluß i1 des oben erwähnten Zirkulators angeschlossen.
Die Funktion dieses Filters ist es, die optischen Signale mit Wellenlängen durchzulassen,
die nicht in der Gruppe {λ(1,i),λ(2,i)...λ(ni,i)} erscheinen,
während
die anderen reflektiert werden. Das Ausführungsprinzip dieser Filter
ist identisch dem der für
das vorangehend beschriebene System verwendeten Filter. Man verwendet
hierfür
mehrere lichteingeschriebene Bragg-Beugungsgitter;
- – P
Wellenlängen-Umwandlungsvorrichtungen 521 bis 523.
Die Umwandlungsvorrichtung ist in Serie mit jedem Bragg-Filter geschaltet.
Die Funktion der i-ten Vorrichtung ist es, die Signale entsprechend
der Wellenlänge λi umzuwandeln,
- – P+1
optische Verzögerungsleitungen 530 bis 533.
Eine Verzögerungsleitung
ist an die Ausgänge 2, 3 ...P+2
des Zirkulators angeschlossen. Die Dauer der Verzögerung ist
derart berechnet, daß die
Ausbreitungszeiten der optischen Signale in jedem der Zweige 2 ...
P+2 des Zirkulators gleich sind,
- – einen
passiven optischen Koppler 54 (P+1 Eingänge, ein Ausgang), der mit
den Zweigen 2 bis P+2 des Zirkulators verbunden ist.
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Um
die Realisation zu vereinfachen, sind in diesem Schema nur drei
Zweige mit Wandlern und Rückweisfiltern
dargestellt.