DE19715466A1 - Meßanordnung und Verfahren zur Überprüfung und Messung passiver optischer Netzwerke - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Meßanordnung zur Überprüfung und Messung eines passiven optischen Netzwerkes gemäß dem Oberbegriff des Anspruches 1 sowie ein Verfahren zur Überprüfung der Funktionsfähigkeit eines passiven optischen Netzwerkes mit einer solchen Meßanordnung nach Anspruch 15.

Passive optische Netzwerke werden für die Hochgeschwindigkeits-Kommunikation und -Informationstechnik eingesetzt. Hierbei wird eine Laserlichtquelle oder das Laserlicht entsprechend der zu übermittelnden Nachricht moduliert, die modulierten Lichtimpulse werden über den Lichtwellenleiter übertragen und am anderen Ende des Lichtwellenleiters wird das modulierte Licht in einem Empfänger in bekannter Weise demoduliert. Werden Nachrichten in einer Richtung über das passive optische Netzwerk übertragen, spricht man von unidirektionaler Übertragung. Werden Nachrichten in beiden Richtungen übertragen, spricht man von einer bidirektionalen Über­ tragung. Im Falle der bidirektionalen Übertragung sind an beiden Enden des Lichtwellenleiters jeweils Sender und Empfänger angeordnet. Die optischen Signale des Lasers werden über Lichtwellenleiterkabeln mit mehreren Einmodenfasern über Strecken bis zu 20 km oder auch mehr übertragen. Die Übertragung kann hierbei linear, d. h. von einem Anfangspunkt zu einem Endpunkt oder in einer sogenannten Punkt-zu-Multipunkt-Anordnung erfolgen. Bei der Punkt-zu-Multipunkt-Anordnung werden die Nachrichten zunächst vom Sender über einen einzelnen Lichtwellenleiter zu einem M:N-Lichtwellenkoppler übermittelt und von dort in eine Mehrzahl N von zweiten Lichtwellenleitern zu einer Mehrzahl N von Empfängern übertragen. N und M sind hierbei ganze Zahlen. Die Punkt-zu-Multipunkt-Anordnung beim passiven optischen Netzwerk bzw. beim verzweigten passiven optischen Netzwerk stellt die leistungsfähigere und kostengünstigere Netztopologie dar. Je nach den örtlichen Gegebenheiten werden die Nachrichten erst nach einer längeren Übertragung über den ersten Lichtwellenleiter aufgespalten. Es können jedoch auch weitere Nachrichten über die anderen ersten Lichtwellenleiter bzw. Eingänge des M : N-LWL-Kopplers über das verzweigte passive optische Netzwerk übertragen werden. Im Falle der bidirektionalen Übertragung werden die Nachrichten von bis zu N Sendern durch den M : N-LWL-Koppler zusammengeführt und zu den M-Em­ pfängern geleitet.

Zur Überprüfung und Messung passiver optischer Netzwerke ist es bekannt, starke Meßlichtimpulse an einem Ende in die zu überprüfende Lichtwellenleiterstrecke einzukoppeln und die zurückreflektierten Anteile der Meßlichtimpulse auszuwerten. Hierzu werden sogenannte optische Reflektometer verwendet, wie sie z. B. aus der DE- OS 38 32 795 bzw. der DE-OS 44 38 415 bekannt sind.

Nachteilig bei diesen bekannten Vorrichtungen und Verfahren ist es, daß zur Auswertung der schwachen Rückreflexionen, am anderen Ende des Lichtwellenleiters, an Bruchstellen, sonstigen Störstellen und Koppelstellen des Lichtwellenleiters sehr empfindliche Empfänger und Nachweisverfahren angewendet werden müssen. Weiter ist es nachteilig, daß die Messung nicht während des Betriebs erfolgen kann, da die starken Meßlichtimpulse die Nachrichtenübertragung stören würden. Stark einschränkend ist, daß ein verzweigtes passives optisches Netzwerk mit den bekannten Vorrichtungen und Verfahren nicht als ganzes überprüft und gemessen werden kann. Besonders nachteilig ist es auch, daß bei Punkt-zu-Multipunkt-Anordnungen nur die einzelnen zweiten Lichtwellenleiter dadurch überprüft werden können, daß jeweils der zu überprüfende zweite Lichtwellenleiter vom M : N-Lichtwellenleiterkoppler abgekoppelt sein muß, d. h. zur Messung letztlich alle zweiten N Lichtwellenleiter abgekoppelt werden. In gleicher Weise können die M ersten Lichtwellenleiter gemessen werden, wenn diese von dem LWL-Koppler abgekoppelt sind. Die Messung des LWL-Kopplers muß zusätzlich separat erfolgen.

Es ist daher Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine Meßanordnung und ein Verfahren zur Überprüfung und Messung der Funktionsfähigkeit eines passiven optischen Netzwerks und insbesondere eines verzweigten passiven optischen Netzwerkes anzugeben, das kostengünstig ist und eine höhere Meßgenauigkeit ermöglicht.

Die Lösung dieser Aufgabe erfolgt durch die Meßanordnung gemäß Anspruch 1 bzw. durch das Verfahren gemäß Anspruch 9.

Durch die Meßanordnung mit einem Reflektormittel, insbesondere in Form eines FBGs, am anderen Ende der Lichtwellenleiterstrecke erhöht sich die Signalstärke der von dem FBG (Faser-Bragg-Gitter) zurückreflektierten Meßlichtimpulse erheblich, so daß die Empfindlichkeit der Auswertung vergrößert wird bzw. daß für die Auswertung wesentlich einfachere Schaltungen und Meßverfahren verwendet werden können. Die Anordnung des optischen Reflektometers kann sowohl unmittelbar nach dem Sender oder unmittelbar vor dem Empfänger erfolgen. Für den Fall, daß die Meßlichtwellenlänge gleich der Wellenlänge ist, mittels der Nachrichten übertragen werden, erfolgt die Anordnung des FBGs parallel zu dem Empfänger bzw. Sender.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 2 unterscheidet sich die Meßlichtwellenlänge, d. h. die Reflexionswellenlänge der FBG von der Wellenlänge mit der Nachrichten übertragen werden. Um gegenseitige Störungen bzw. Übersprechen möglichst auszuschließen, ist es vorteilhaft, wenn die Meßlichtwellenlängen und die Wellenlängen mittels denen Nachrichten übertragen werden möglichst weit auseinander liegen. Hierbei ist jedoch auch wichtig, daß die Dämpfung der jeweils verwandten Lichtwellenleiter bei der Meßlichtwellenlänge und bei der Wellenlänge bei der Nachrichten übertragen werden möglichst gering sind. Durch unterschiedlichen Wellenlängen ist es möglich, die FBG unmittelbar vor dem Sender bzw. Empfänger anzuordnen, ohne daß dadurch die Nachrichtenübertragung gestört werden würde. Die Überprüfung und Messung des optischen Netzwerkes ist somit auf einfache Weise auch während der Nachrichtenübertragung möglich.

Gemäß der vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung nach Anspruch 3 werden bei Punkt-zu-Multipunkt-Anordnungen an jedem Ende der M ersten und/oder N zweiten Lichtwellenleiter FBG angeordnet. Hierbei können in einem Meßdurchgang sämtliche ersten oder zweiten Lichtwellenleiter und zusätzlich der M : N-Licht­ wellenleiterkoppler durchgemessen werden, wobei die einzelnen ersten und zweiten Lichtwellenleiter über die jeweilige Laufzeit des zurückreflektierten Meßlichtsignals unterschieden werden. Dies setzt natürlich voraus, daß die ersten und/oder zweiten Lichtwellenleiter eine unterschiedliche Länge aufweisen, was in der Praxis in der Regel der Fall ist. Mit guten bekannten optischen Reflektometern können Laufzeitunterschiede im Bereich von kleiner 100 Nanosekunden sicher unterschieden werden, was Unterschiede im Bereich von 10 m erfordert bzw. eine Längenauflösung von 10 m ermöglicht.

Zusätzlich oder alternativ können die FBG an den Enden der M ersten und/oder N zweiten Lichtwellenleiter unterschiedliche Wellenlängen reflektieren. Es können auch abstimmbare FBG vorgesehen werden, deren Reflexionswellenlänge sich innerhalb eines bestimmten Wellenlängenbereichs abstimmen läßt. Damit lassen sich die jeweiligen zweiten Lichtwellenleiter dann aufgrund der von dem jeweiligen FBG reflektierten Meßlichtwellenlänge unterscheiden. Um in diesem Fall die Störung einzelner Empfänger am Ende der zweiten Lichtwellenleiter zu vermeiden, ist es sinnvoll, die Meßlichtimpulse während einer Übertragungspause aus zusenden.

Für die Erzeugung unterschiedlicher Meßlichtwellenlängen lassen sich in vorteilhafter Weise abstimmbare Laser verwenden (Anspruch 8 und 9).

Gemäß einer vorteilhaften Ausgestaltung wird der Laser und der optische Empfänger des optischen Reflektometers über je einen der ersten Lichtwellenleiter des M : N-Licht­ wellenleiterkopplers mit dem verzweigten passiven optischen Netzwerk verbunden. Dadurch erübrigt sich eine zusätzliche Kopplungseinrichtung, z. B in Form eines Wellenlängenmultiplexers oder eines 1 : 2-LWL-Kopplers in dem optischen Reflektometer.

Das erfindungsgemäße Meßverfahren nach Anspruch 15 unterscheidet sich von bekannten Überprüfungsverfahren durch die starken von dem FBG oder den FBG zurückreflektierten Meßlichtimpulse, die für die Auswertung zur Verfügung steht. Aufgrund dieses starken Impulses muß die Länge der zu überprüfenden Lichtwellenleiterstrecke nicht bekannt sein; sie kann vielmehr aufgrund der Laufzeit ermittelt werden.

Ein besonderer Vorteil der Erfindung besteht auch darin, daß sich die Messung und Überprüfung der passiven optischen Netzwerke mit der vorliegenden Erfindung nahezu vollständig automatisieren läßt, da die einzelnen Komponenten den herkömmlichen Netzwerken hinzugefügt werden und dann im normalen Betrieb "mitlaufen".

Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung der Erfindung anhand der Zeichnungen.

Es zeigt:

Fig. 1 eine erste Ausführungsform der Erfindung an einem Lichtwellenleiter und unidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 2 eine zweite Ausführungsform der Erfindung an einem Lichtwellenleiter und unidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 3 eine dritte Ausführungsform der Erfindung an einem Lichtwellenleiter und unidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 4 eine vierte Ausführungsform der Erfindung an einem verzweigten optischen Netzwerk mit unidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 5 eine fünfte Ausführungsform der Erfindung an einem verzweigten optischen Netzwerk mit bidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 6 eine sechste Ausführungsform der Erfindung an einem verzweigten optischen Netzwerk mit bidirektionaler Übertragung von Nachrichten;

Fig. 7 den schematischen Aufbau einer beispielhaften Ausführungsform des optischen Reflektometers;

Fig. 8 eine Anzeige des Speicheroszilloskops;

Fig. 9 eine weitere Anzeige des Speicheroszilloskops; und

Fig. 10 eine Darstellung zur unterschiedlichen Kodierung von Nachrichten- und Meßsignalen.

Fig. 1 zeigst eine erste Ausführungsform der Erfindung mit einem optischen Netzwerk bestehend aus einem Sender 2, einer Lichtwellenleiterstrecke 4 in Form eines einzelnen Lichtwellenleiters und einem Empfänger 6, wobei Nachrichten mittels Lichtimpulsen vom Sender 2 über die Lichtwellenleiterstrecke 4 zum Empfänger 6 übertragen werden (unidirektionale Nachrichtenübertragung). Die Position von Sender 2 und Empfänger 6 kann auch vertauscht sein. Unmittelbar nach dem Sender 2 ist ein optisches Reflektometer 8 mittels eines Wellenlängenmultiplexers 10 mit der Lichtwellenleiterstrecke 4 verbunden. Am anderen Ende der Lichtwellenleiterstrecke 4 unmittelbar vor dem Empfänger 6 ist ein Reflektormittel in Form eines ersten FBGs 12-1 angeordnet, das eine bestimmte Wellenlänge reflektiert, während es für alle anderen Wellenlängen durchlässig ist. Ein baugleiches zweites FBG 12-2 ist unmittelbar nach dem Sender 2 angeordnet. Die von dem optischen Reflektometer 8 erzeugte Meßlichtwellenlänge ist hierbei so gewählt, daß sie von dem FBG 12 reflektiert werden, während die Wellenlänge oder Wellenlängen, mit der bzw. mit denen Nachrichten übertragen werden, die FBG 12 ungehindert passieren. Die in dem optischen Reflektometer 8 erzeugten Meßlichtimpulse werden über den Wellenlängenmultiplexer 10 sowohl in Richtung Empfänger 6 als auch in Richtung Sender 2 in die Lichtwellenleiterstrecke 4 eingekoppelt. Die beiden Signalanteile werden an dem jeweiligen FBG 12-1 oder 12-2 reflektiert, laufen über die Lichtwellenleiterstrecke 4 zurück und werden über den Wellenlängenmultiplexer 10 zurück in das optische Reflektometer 8 geführt und dort hinsichtlich Laufzeit etc. ausgewertet. Die Unterscheidung zwischen dem am ersten FBG 12-1 und dem am zweiten FBG 12-2 reflektierten Meßlichtimpuls erfolgt sicher über die Laufzeit, da der am zweiten FBG 12-2 reflektierte Impuls eine kürzere Strecke zurücklegt als der am ersten FBG 12-1 reflektierte Impuls. Die Reflexionswellenlänge des FBG 12-2 kann auch unterschiedlich zu der von FBG 12-1 gewählt werden.

Fig. 2 zeigt eine zweite Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform dadurch unterscheidet, daß das optische Reflektometer 8 über ein Filter 9 und einen 1 : 2-LWL-Koppler 11 an die Lichtwellenleiterstrecke 4 angekoppelt ist. Das Filter 9 ist für die Meßlichtimpulse durchlässig und dient zu Aus filtern der Wellenlängen mittels denen Nachrichten übertragen werden.

Fig. 3 zeigt eine dritte Ausführungsform der Erfindung, die sich von der ersten Ausführungsform nach Fig. 1 dadurch unterscheidet, daß die FBG 12-1 und 12-2 nicht unmittelbar nach bzw. vor Sender 2 und Empfänger 6 angeordnet sind, sondern über eine erste und eine zweite Kopplungseinrichtung 13-1 und 13-2 parallel mit der Lichtwellenleiterstrecke 4 verbunden sind. Bei dieser dritten Ausführungsform ist es möglich, daß die Nachrichtenübermittlung und die Messung bzw. Überprüfung der Lichtwellenleiterstrecke 4 mit der gleichen Wellenlänge erfolgt. Alternativ läßt sich das optische Reflektometer 8 bei der dritten Ausführungsform auch entsprechend der zweiten Ausführungsform mittels Filter und 1 : 2-LWL-Koppler ankoppeln.

Passive Optische Netze für unidirektionale Übertragung Die Passiven Optischen Netze, z. B. jene der Deutschen Telekom, sind in der unidirektionalen Konfiguration Fiber To The Curb (FTTC) oder Fiber To The Building (FTTB) ausgeführt, siehe Fig. 4. Die Nachrichten gelangen als elektrische Signale in die Vermittlungsstelle und werden im Sender 2 Laserlicht aus einem Laser aufmoduliert. Die Wellenlänge dieses Senders bzw. Lasers 2 beträgt beispielsweise 1310 nm. Die optischen Signale des Lasers 2 werden über einen ersten Lichtweilenleiter 14 mit mehreren Standard Einmodenfasern über Strecken bis 20 km oder auch mehr zu dem optischen Empfängern 6 im Curb oder Building übertragen, welche die optischen Signale in elektrische zurückwandeln. Die Nachrichten können in dieser Konfiguration entweder in einer linearen (Fig. 1, 2 und 3) oder in einer Punkt-zu-Multipunkt Anordnung (Fig. 4) zu den Empfängern 6 gelangen.

Bei der Punkt-zu-Multipunkt-Anordnung im verzweigten optischen Netzwerk nach einer vierten Ausführungsform gemäß Fig. 4 werden die Signale ausgehend von dem Sender 2 über einen ersten Lichtwellenleiter 14 zu einem 1 : N- oder allgemein über einen einer Mehrzahl von ersten Lichtwellenleitern 14-i zu einem M:N-Lichtwellen­ leiterkoppler 16 übertragen, werden dort in N-fach aufgespalten und über N zweite Lichtwellenleiter 18 bzw. 18-i zu N Empfängern 6 übertragen. Die Zahl der N Ausgänge des LWL-Kopplers 16 kann zwischen 2, 4, 8, 16 oder 32 oder höheren Vielfachen von 2 variieren. Unmittelbar vor dem Empfänger 6 bzw. unmittelbar nach dem Sender 2 sind in den ersten und zweiten Lichtwellenleitern 14-i und 18-i FBGs 12-1 und 12-2 angeordnet. Die Ankopplung des optischen Reflektometers 8 erfolgt entsprechend der ersten Ausführungsform nach Fig. 1.

Die Punkt-zu-Multipunkt Struktur stellt die leistungsfähigere und kostengünstigere Netztopologie dar, weil die Nachrichten erst nach einer längeren Strecke des ersten Lichtwellenleiters 14 durch den 1 : N-LWL-Koppler 16 auf die N zweiten Lichtwellenleiter 18 aufgeteilt und zu den N optischen Empfängern 6 geführt werden.

Durch Anfügen weiterer M : N-LWL-Koppler und weiterer LWL kann eine kaskadenförmige Vervielfachung der Zahl der Endteilnehmer erreicht werden (nicht dargestellt).

Passive Optische Netze für bidirektionale Übertragung Es ist bereits vorgeschlagen worden, eine bidirektionale Hochgeschwindigkeits-Nachrichtenübertragung über eine Struktur Passiver Optischer Netze zu realisieren. Diese Anordnung ist schematisch in Fig. 5 dargestellt, die zur Erläuterung einer fünften Ausführungsform der Erfindung dient. Sie unterscheidet sich von der Struktur gemäß Fig. 4 dadurch, daß an dem Ende der Lichtwellenleiterstrecke 4 an dem der Sender 2 angeordnet ist zusätzlich ein zweiter Empfänger 6' angeordnet ist, der über einen zweiten Wellenlängenmultiplexer 20 mit einem ersten Lichtwellenleiter 14-i verbunden ist. Der zweite Wellenlängenmultiplexer 20 ist ein Fein-Multiplexer, der die Meßlichtwellenlänge und die Nachrichten­ übertragungswellenlänge vereint und trennt. Am anderen Ende der Lichtwellenleiterstrecke 4 sind zusätzlich zu den Empfängern 6 Sender 2' in entsprechender Anzahl angeordnet. Die Sender 2' sind mittels dritter Wellenlängenmultiplexer 22 mit den jeweiligen zweiten Lichtwellenleitern 18 verbunden. Die dritten Wellenlängenmultiplexer 22 sind - eben­ so wie die ersten Wellenlängenmultiplexer 10 - Grob-Mul­ tiplexer, welche die unterschiedlichen Wellenlängen der Sender 2 und 2' vereinen und trennen. Die Nachrichtenübertragung zwischen dem Sender 2 und den Empfängern 6 - Hin- oder Down-Übertragung - erfolgt mit einer Wellenlänge von beispielsweise 1310 nm und die Nachrichtenübertragung zwischen den Sendern 2' und dem oder den Empfängern 6' - Rück- oder Up-Übertragung - erfolgt mit einer Wellenlänge von beispielsweise 1550 nm. Durch die zweiten und dritten Wellenlängenmultiplexer 20 bzw. 22 werden Signale dieser beiden Wellenlängen an einem Ende der Lichtwellenleiterstrecke 4 zusammengeführt und eingekoppelt und am anderen Ende wieder voneinander getrennt.

In der Ausführungsform gemäß Fig. 5 ist das optische Reflektometer 8 mittels dem ersten Wellenlängenmultiplexer 10 unmittelbar nach dem zweiten Empfänger 6' mit der Lichtwellenleiterstrecke 4 gekoppelt. Die Ankoppelung könnte mit geeigneten ersten Wellenlängenmultiplexern auch unmittelbar nach dem Sender 2 erfolgen. Die FBG 12 sind nach dem dritten Wellenlängenmultiplexer 22 unmittelbar vor dem Sender 2' angeordnet. Die FBG 12 können jedoch auch unmittelbar vor dem Empfänger 6 angeordnet sein. Die Anordnung vor dem Sender ist vorteilhaft, da damit eine Störung des Empfängers durch ungewollt durch das FBG 12 hindurchtretende Meßsignale verhindert wird. Die durch das optische Reflektometer 8 erzeugten Meßlichtsignale besitzen beispielsweise eine Wellenlänge von 1530 nm.

Fig. 6 zeigt eine sechste Ausführungsform der Erfindung. Die sechste Ausführungsform nach Fig. 6 unterscheidet sich von der Ausführungsform nach Fig. 5 dadurch, daß das optische Reflektometer 8 an einen - 14-m - der ersten Lichtwellenleiter 14-i der Lichtwellenleiterstrecke 4 angeschlossen ist. Damit erübrigt sich eine eigene Kopplungseinrichtung für das optische Reflektometer 8. Zusätzlich sind unmittelbar vor allen Empfängern 6, 6' FBGs 12-1, 12-3 und unmittelbar nach allen Sendern 2, 2' FBGs 12-2, 12-4 angeordnet. Strichliert ist in Fig. 6 angedeutet, daß sich das optische Reflektometer 8 auch an einen der zweiten Lichtwellenleiter 18-i anschließen läßt, um die ersten Lichtwellenleiter 14-i zu messen und zu überprüfen.

Fig. 7 zeigt den schematischen Aufbau des optischen Reflektometers 8, wie es in den Anordnungen gemäß den Fig. 1 bis 6 verwendet wird. Das Reflektometer 8 umfaßt eine Laserlichtquelle 24 und einen Pulsgenerator 26 mittels denen Lasermeßimpulse erzeugt werden. Die Meßlichtwellenlänge beträgt beispielsweise 1530 nm. Über einen 1 : 2-Lichtwellenleiterkoppler 28 werden die Meßlichtimpulse auf den ersten Wellenlängenmultiplexer 10 bzw. direkt auf den M : N-Lichtwellenkoppler 16 übertragen. Die von dem FBG 12 zurückreflektierten Anteile der Meßlichtimpulse werden durch den 1 : 2-Licht­ wellenleiterkoppler 28 ausgekoppelt und über ein optischen Verstärker 30 (optional) einem optischen Empfänger 32 zugeführt. Die durch den Empfänger 32 empfangenen Signale werden in einem rauscharmen Halbleiterverstärker 34 verstärkt und mittels eines Speicheroszilloskops 36 und einem Computer 38 ausgewertet. Der Empfänger 32 wandelt die Reflexionssignale in elektrische Signale um. Durch Vielfachmessungen mittels des Speicheroszilloskops 36 werden die Signallaufzeiten auf Nanosekunden genau gemessen und durch den Computer 38 ausgewertet, gespeichert, protokolliert und der Zustand des Netzwerkes bzw. der Übertragungsleitung auf einem Monitor dargestellt.

Bei der Ausführungsform nach Fig. 6 läßt sich auch ein modifiziertes optisches Reflektometer verwenden (nicht dargestellt), das keinen LWL-Koppler 28 umfaßt und bei dem der Ausgang aus der Laserlichtquelle 24 unmittelbar mit einem der ersten oder zweiten Lichtwellenleiter 14-i oder 18-i verbunden wird. Der Eingang des optischen Verstärkers 30 - falls vorhanden - bzw. des optischen Empfängers 32 wird unmittelbar mit einem anderen der ersten oder zweiten Lichtwellenleiter 14-i oder 18-i verbunden.

Die Lichtwellenleiter- oder Faser-Bragg-Gitter 12, die Bestandteil der vorliegenden Erfindung sind, entstehen z. B. durch UV-Belichtung des Kerns eines Standard-Einmoden-Licht­ wellenleiters. Dabei wird eine Gitterstruktur mit definierter oder definiert verlaufender Gitterkonstante durch definierte Erhöhung des Brechungsindex an den belichteten Stellen des LWL-Kerns dauerhaft eingeprägt. Die verwandten FBGs können lineare, apodized, chirped oder blazed Beugungsgitter besitzen. Das FBG 12 hat die Eigenschaft, entsprechend der Gitterstruktur genau die Wellenlänge oder Wellenlängen mit einem einstellbaren Reflexionsgrad bis zu R < 98% entsprechend einem nur geringen optischen Verlust zu reflektieren, für welche die Bragg Bedingung erfüllt ist; alle anderen Wellenlängen durchlaufen das Gitter praktisch ungedämpft. Die Bragg Bedingung kann bisher für Lichtwellenleiter im Sichtbaren und Nahen Infrarot für eine Bandbreite von 0,1 nm bis 10 nm erfüllt und hergestellt werden. Es gibt auch abstimmbare FBGs, bei denen sich die reflektierte Wellenlänge in bestimmten Wellenlängenbereichen variieren läßt.

Die Einspleißmaßnahmen des ersten Wellenlängenmultiplexers 10 (für z. B. 1310/1530 nm) erhöht die Dämpfung der Übertragung bei 1310 nm um 1 dB, jene des FBGs 12 um < 0,5 dB. Der Wert von etwa 1,5 dB ist gegenüber den 21 dB der ungeänderten Übertragungsanordnung bei 20 km Streckenlänge und einem 1 : 8-LWL-Koppler sicher akzeptabel.

Bei verzweigten passiven optischen Netzen, bei denen die Zahl der Abzweigungskabel N = 8 oder 16 ist, genügt zur Verstärkung der mit einer Dämpfung von 44,5 dB und 50,5 dB ankommenden Reflexionssignale ein Halbleiterverstärker 34. Bei verzweigten passiven optischen Netzen mit N = 32 sind die Reflexionssignale um 56,5 dB gedämpft. In diesen Fällen empfiehlt sich die Anwendung eines optischen Verstärkers 30. Die Meßwellenlänge muß im Fall eines EDFA (erbiumdotierter Faserverstärker) im Bereich von 1530 bis 1565 nm liegen. In all diesen verzweigten passiven optischen Netzen erfolgt die Zuordnung der Bragg-Re­ flexionssignale zu den N Abzweigungskabel über die Laufzeit der Bragg-Reflexionssignale, da die Längen der Abzweigungskabel jeweils um mindestens Δl < 10 in verschieden sind und die dafür benötigten Zeitendifferenzen < 100 ns betragen. Diese im Nanosekundenbereich gemessenen Laufzeiten erlauben daher eine eindeutige Identifizierung der N Abzweigungskabel bzw. zweiten Lichtwellenleiter 18-i. Sie erlauben auch eine eindeutige Messung, weil Abweichungen in der Höhe der Reflexionssignale protokolliert werden können. Die gesamte Überwachung wird durch den Computer 38 gesteuert.

In der Vermittlungsstelle wird nach dem z. B. 1310 nm Laser - Sender 2 - in das Lichtwellenleiter-Hauptkabel 14, 18 der Wellenlängenmultiplexer 10, z. B. 1310/1530 nm, eingespleißt. Dadurch kann zusätzlich zur Betriebswellenlänge von 1310 nm, mit der Nachrichten übertragen werden, Laserlicht einer anderen Wellenlänge - Meßlichwellenlänge - eingekoppelt werden, z. B. eine Wellenlänge im Bereich des "dritten Fensters" der Standard-Ein­ moden-Lichtwellenleiter. Es müssen Maßnahmen getroffen werden, daß dieses Meßlicht den aktuellen Betrieb der Nachrichtenübertragung nicht stört.

Eine Variante der Erfindung wäre, die Messung während einer kurzen Sendepause durchzuführen.

Das Laser-Meßlicht z. B. der Wellenlänge von 1530 nm wird geeignet moduliert. Die Meßsignale durchlaufen alle Abschnitte des Passiven Optischen Netzes bzw. der Lichtwellenleiterstrecke 4 und werden an den Koppelstellen reflektiert. Es tritt verstärkt Rückstreuung auf an Stellen, wo Einflüsse von außen, wie Zug-, Druck- oder Temperaturschwankungen auf die lichtführenden Abschnitte des Passiven Optischen Netzes wirken, da sich an diesen Stellen der Brechungsindex ändert. Die Rückmeldesignale bestehen daher aus Reflexions- und Rückstreusignalen.

Durchläuft das Meßlicht ein Passives Optisches Netz mit einem M : N-LWL-Koppler, dann kommt es zu Überlagerungen der Rückmeldesignale aller N zweiten Lichtwellenleiter 18. Die überlagerten Rückmeldesignale werden durch den ersten Wellenlängenmultiplexer 10 oder LWL-Koppler 28 ausgekoppelt und die Zuordnung bzw. die Identifizierung des jeweiligen zweiten Lichtwellenleiters 18-i erfolgt über die Auswertung der Laufzeitunterschiede.

Meßverfahren I

Das Meßverfahren I ist für die Mehrzahl der verzweigten passiven optischen Netzen geeignet, weil die N zweiten Lichtwellenleiter 18-i unterschiedliche Längen Δl < 10 m aufweisen. Es werden hierzu identische FBG 12 z. B. der Wellenlänge 1530 nm benötigt, die an den Faserenden der N zweiten Lichtwellenleiter 18-i eingespleißt werden, siehe Fig. 2, 3 und 4. Die durch die Laserlichtquelle 24 des optischen Reflektometers 8 erzeugte Meßlichtwellenlänge ist auf die FBG 12 abgestimmt und wird durch diese nahezu 100%-ig reflektiert. Diese Bragg-Reflexionssignale an den Faserenden der N zweiten Lichtwellenleiter 18-i laufen zurück und werden durch das optische Reflektometer 8 ausgewertet. Entsprechend der Länge der zweiten Lichtwellenleiter 18-i benötigen die Bragg-Re­ flexionssignale dafür unterschiedliche Zeiten. Diese im Nanosekundenbereich gemessenen Zeiten erlauben die eindeutige Zuordnung der N zweiten Lichtwellenleiter.

Meßverfahren II der Erfindung

Für das Meßverfahren II werden unterschiedliche FBG 12 und ein abstimmbarer monomodiger Laser 24 benötigt. Als LWL werden beispielsweise Quarzglasfasern verwendet. Die Wellenlängen der FBG 12 haben untereinander einem Abstand von z. B. einem Nanometer im Bereich z. B. von 1500 bis 1530 nm und 1560 bis 1600 nm. Werden nun Lichtsignale des abstimmbaren monomodigen Lasers eingekoppelt, so entstehen Bragg-Reflexionssignale entsprechend der zugehörigen Wellenlänge. Durch die Messung der Reflexionssignale, der Meßvorgang ist ähnlich wie unter Meßverfahren I geschildert, wird jeder der N zweiten Lichtwellenleiter 18-i eindeutig identifiziert. Durch Einstellung der N Wellenlängen am Laser können alle N zweiten Lichtwellenleiter 18-i in einem Meßzyklus überwacht werden.

Wegen des zweimaligen Durchgangs durch dem 1 : N- bzw. M : N-Koppler 16 und den 1 : 2-Koppler 28 sind jedoch die rückgestreuten Modulationssignale stark gedämpft. Gemäß der Erfindung können diese stark gedämpften optischen Reflexionssignale durch zwei verschieden Meßvarianten gemessen werden:
einmal die Umwandlung der optischen Signale in elektrische im Meß-Receiver und deren Verstärkung durch einen rauscharmen Halbleiter-verstärker und nachfolgende Sampling-Methode
oder falls die Wellenlängen im Bereich des optischen Verstärkers gewählt werden, die Verstärkung der optischen Rückstreusignale durch diesen optischen Verstärker und dann Umwandlung in elektrische Signale und deren Messung.

Fig. 8 zeigt schematisch eine Anzeige zurückreflektierter Meßsignale 40-i des Speicheroszilloskops 36 für den Fall eines verzweigten passiven optischen Netzwerkes, wobei die aus den einzelnen zweiten Lichtwellenleitern 18-i zurückreflektierten Meßsignale 40-i zeitlich deutlich aufgelöst sind. Die Laufzeitunterschiede Δt zwischen den einzelnen LWL 18-i sind hierbei größer als die Breite B der Meßlichtsignale.

Fig. 9 zeigt schematisch den Fall, daß Δt kleiner als B ist. Die einzelnen Meßsignale 40-i lassen sich jedoch auch in diesem Fall den jeweiligen LWL 18-i zuordnen, da sich die Meßsignale 40-i addieren und sich somit eine treppenförmige Struktur ergibt aus der sich über die einzelnen Stufen die einzelnen LWLs 18-i identifizieren lassen.

Um die zurückreflektierten Meßlichtsignale leichter identifizieren zu können und um auch Messungen während der Nachrichtenübertragung ohne Störung derselben vornehmen zu können ist es vorteilhaft, wenn die Nachrichtenübertragung in einer ersten Art und Weise und die Meßlichtsignale in einer zweiten Art und Weise kodiert sind, wobei die unterschiedlichen Kodierungen so gewählt sind, daß sich die beiden Kodierungen nicht gegenseitig beeinflussen. Ein Beispiel hierfür wäre eine binäre Kodierung der Nachrichtenübertragung und eine quaternäre Kodierung der Meßlichtsignale, wie dies in Fig. 10 schematisch dargestellt ist. Die Empfänger 6, 6' reagieren hierbei auf binäre Signale 0 und 1, während der optische Empfänger 32 des optischen Reflektometers 8 auf quaternäre Signale 0, 1, 2 und 3 anspricht. Die in Fig. 10 dargestellte Impulsfolge mit fünf Einzelimpulsen bedeutet binär ausgewertet 11011 während sie quaternär ausgewertet 12032 darstellt.

Bezugszeichenliste

2

,

2

' Sender

4

Lichtwellenleiterstrecke

6

,

6

' Empfänger

8

optisches Reflektometer

9

Filter

10

erster Wellenlängenmultiplexer

11

1 : 2-LWL-Koppler

13

-i Kopplungseinrichtung

12

Faser-Bragg-Gitter, FBG

14

erster Lichtwellenleiter

16

M : N-Lichtwellenleiterkoppler

18

-i zweite Lichtwellenleiter

20

zweiter Wellenlängenmultiplexer

22

dritter Wellenlängenmultiplexer

24

Laserlichtquelle

26

Pulsgenerator

28

1 : 2-LWL-Koppler

30

optischer Verstärker

32

optischer Empfänger

34

Halbleiterverstärker

36

Speicheroszilloskop

38

Computer

40

-i zurückreflektierte Meßlichtsignale

Claims (19)

1. Meßanordnung zur Überprüfung und Messung eines passiven optischen Netzwerkes, bei dem im unidirektionalen oder bidirektionalen Betrieb Nachrichten von einem Ende über eine Lichtwellenleiterstrecke (4) zu einem anderen Ende übertragen werden, mit
einem optischen Reflektometer (8), das über eine optische Kopplungseinrichtung (9, 11; 10; 16) mit dem einen oder anderen Ende der Lichtwellenleiterstrecke (4) verbunden ist, das Meßlichtimpulse einer bestimmten Meßlichtwellenlänge oder bestimmter Meßlichtwellenlängen aussendet und Reflexionen dieser Meßlichtimpulse auswertet, dadurch gekennzeichnet,
daß an dem jeweiligen von dem optischen Reflektometer (8) abgewandten Ende der Lichtwellenleiterstrecke (4) ein Reflektormittel (12), insbesondere ein Faser-Bragg-Gitter, angeordnet ist, das die Meßlichtwellenlänge oder die Meßlichtwellenlängen im wesentlichen reflektiert und für andere optische Wellenlängen im wesentlichen durchlässig ist.

2. Meßanordnung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Meßlichtwellenlänge(n) sich von der bzw. den Wellenlängen unterscheidet mittels denen Nachrichten über die Lichtwellenleiterstrecke (4) übertragen werden.

3. Meßanordnung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Lichtwellenleiterstrecke (4) wenigstens einen ersten Lichtwellenleiter (14-i), einen M : N-Lichtwellenleiterkoppler (16) und eine Mehrzahl N von zweiten Lichtwellenleitern (18-i) umfaßt, die von dem M : N-Licht­ wellenleiterkoppler (16) abzweigen und zu einer Mehrzahl N von Enden der Lichtwellenleiterstrecke (4) führen, wobei N und m ganze zahlen sind.

4. Meßanordnung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die an den von dem M : N-Lichtwellenleiterkoppler (16) abgewandten Enden der zweiten Lichtwellenleiter (18-i) angeordneten Faser-Bragg-Gitter (12-1, 12-4) identische Faser-Bragg-Gitter sind, die eine einzige Meßlichtwellenlänge reflektieren.

5. Meßanordnung nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, daß an den von dem M : N-Licht­ wellenleiterkoppler (16) abgewandten Enden des wenigstens einen ersten Lichtwellenleiters (14-i) Fa­ ser-Bragg-Gitter (12-2, 12-3) angeordnet sind.

6. Meßanordnung nach Anspruch 3 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die an den von dem M : N-Licht­ wellenleiterkoppler (16) abgewandten Enden der ersten und/oder zweiten Lichtwellenleiter (14-i, 18-i) angeordneten Faser-Bragg-Gitter (12) wenigstens teilweise unterschiedlich sind und unterschiedliche Wellenlängen reflektieren.

7. Meßanordnung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß die Reflexionswellenlänge der Faser-Bragg-Gitter (12) abstimmbar ist.

8. Meßanordnung nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer (8) zur Erzeugung unterschiedlicher Meßlichtwellenlängen ausgelegt ist.

9. Meßanordnung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer (8) einen abstimmbaren Laser (24) umfaßt.

10. Meßanordnung nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer (8) einen modulierbaren Laser (24) umfaßt.

11. Meßanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kopplungseinrichtung des optischen Reflektometers (8) ein Wellenlängen-Multiplexer (10) ist.

12. Meßanordnung nach nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 3 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kopplungseinrichtung des optischen Reflektometers (8) ein 1 : 2-LWL-Koppler (11) ist.

13. Meßanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 2 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die optische Kopplungseinrichtung der M : N-Licht­ wellenleiterkoppler (16) ist.

14. Meßanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Reflektometer (8) eine Einrichtung (24, 26, 38) zum Erzeugen von modulierten und/oder kodierten Meßlichtimpulsen umfaßt.

15. Verfahren zur Überprüfung der Funkionsfähigkeit eines passiven optischen Netzwerkes mit einer Meßanordnung nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche, mit den Verfahrensschritten:

• a) Erzeugen von Meßlichtimpulsen mittels dem optischen Reflektometer (8); und
• b) Auswerten der durch das oder die Faser-Bragg-Gitter (12) zum optischen Reflektometer (8) zurückreflektierten Anteile der Meßlichtimpulse.

16. Verfahren nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von identischen Faser-Bragg-Gittern (12) die einzelnen ersten und/oder zweiten Lichtwellenleiter (14-1, 18-i) aufgrund von eines oder mehrerer physikalischer Parameter, wie Laufzeiten, Intensitäten, Fouriertransformierte etc., unterschieden werden, die das optische Übertragungsverhalten der jeweiligen Lichtwellenleiterstrecke bestimmen.

17. Verfahren nach Anspruch 15 oder 16, dadurch gekennzeichnet, daß bei Verwendung von unterschiedlichen Faser-Bragg-Gittern (12) durch das optische Reflektometer (8) Meßlichtimpulse unterschiedlicher Wellenlänge erzeugt werden und daß die einzelnen ersten und/oder zweiten Lichtwellenleiter (14-i, 18-i) aufgrund der jeweiligen Meßlichtwellenlänge unterschieden werden.

18. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 17, dadurch gekennzeichnet, daß die Messung während des Betriebs des optischen Netzwerkes erfolgt.

19. Verfahren nach wenigstens einem der vorhergehenden Ansprüche 15 bis 18, dadurch gekennzeichnet, daß im Falle bidirektionaler Nachrichtenübermittlung die Meßlichtimpulse empfängerseitig ein- und ausgekoppelt werden.