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"Anordnung zur optischen VerknUpfung von informationsleitenden Kanälen"
Die Erfindung bezieht sich auf eine Anordnung zur optischen Verknüpfung von Ubertragungskanälen,
bei der zwischen einem Kanal der ankommenden Information und einem der abgehenden
Information eine optische Verbindung besteht.
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Aufgabe der Erfindung ist es, bei einer Vielzahl von informationsleitenden
Kanälen, z. B. Nachrichtenkanälen, automatisch zwei oder mehrere Kanäle paarweise
oder in Gruppen miteinander zu verbinden.
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Mit der bekannten Technik wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß zwischen
den zu koppelnden Nachrichtenkanälen mittels mechanischer oder elektronischer Schaltnetzwerke
galvanische Verbindungen hergestellt werden.
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Die vorliegende Erfindung zeigt einen Weg, die genannte Aufgabe ohne
die Herstellung galvanischer Verbindungen zu lösen, und sie ist dadurch gekennzeichnet,
daß zur optischen Verbindung ein digitaler Lichtablenker vorgesehen ist, der in
der einen Richtung des Lichtstrahls optische Empfangselemente des Kanals der ankommenden
Information im Sinne einer Weiterleitung und in einer anderen Richtung des Lichtstrahls
nach Nodulation mit der weitergeleiteten Information
ein photoempfindliches
Element eines Kanals der abgehenden Information ansteuert.
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Anhand der Zeichnung werden Ausführungsbeispiele der Erfindung dargestellt.
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Es zeigen: Fig. 1 eine Verknüpfungsanordnung mit einer Sammelleitung,
Fig. 2 eine Verknüpfungsanordnung ohne Sammelleitung, Fig. 3 eine Anordnung mit
mehreren Lichtablenkern und Fig. 4 eine Anordnung für Informationsübertragungen
größerer Bandbreite.
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Die Anordnung nach Fig. 1 enthält einen Laser L, einen Lichtamplitudenmodulator
M und einen digitalen Lichtstrahlablenker LA, der hier sozusagen im aktivenSinne
verwendet wird. Mit diesen Bauelementen wird ein zeitlich und räumlich modulierter
Laserstrahl erzeugt, welcher eine Matrix von Photoschaltern PHS1 n ansteuert. Die
Ansteuerung erfolgt durch ein Positionsansteuergerät P, das den Elementen des Lichtstrahlablenkers
entsprechende Spannungen zuführt, wodurch der Lichtstrahl jeweils in eine bestimmte
Richtung abgelenkt wird. Ein solcher. Lichtstrahlablenker ist aus der französischen
Patentschrift 1 378 287 an sich bekannt. Anstelle dieses Ablenkers können auch andere
aus der Literatur bekannte dynamische Lichtablenker entsprechend dem Erfindungsgedanken
Verwendung finden. Jeder Photoschalter PHS1 .n ist einem Nachrichtenkanal K1....Kn
zugeorinetp wobei angenommen ist, daß jeder Kanal nur eine Information der matrix
zuführt. Dabei sind die Kanäle, welche eine Information zuführen, durch K10..00K
bezeichnet während die Kanäle für die abzufüh
rende Nachricht mit
V1....*Vn bezeichnet sind.
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In speziellen Systemen (z. B. Telephonverkehr) übertragen die Kanäle
Nachrichten in beiden Richtungen. Zum Anschluß dieser Kanäle an die beschriebene
Anordnung ist eine Auftrennung der Informationswege in an sich bekannter Weise mit
Weichen (z. B. Gabelschaltung) vorzunehmen.
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Trifft der Laserstrahl auf einen solchen Photoschalter, denn wird
der zugehörige Informationskanal mit einer Sammelleitung S verbunden, die über ein
Verzögerungsglied t zu einem Lichtmodulator M führt, welcher die Intensität des
über den Lichtablenker LA gelenkten Laserstrahles auf einen der Nachricht des mit
der Sammelleitung S verbundenen Kanals Kn proportionalen Wert einstellt.
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Die den Kanälen V1 .......Vn für die abgeführte Nachricht zugeordneten
Photoempfänger PHE1 PHEn sind als Photodetektoren ausgebildet. Sie wandeln eine
bestimmte auftreffende Lichtleitung in einen proportionalen Strom- bzw.
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Spannungswert um.
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Zwischen jedem Detektor PHE1 PHEn und dem zugehörigen Kanaleingang
ist ein Tiefpaß TP mit der oberen Grenzfrequenz f angeordnet. Die Verbindung von
zwei Kanälen mitg einander, z. B. des Kanals K1 mit dem Kanal V1 geht in folgender
Weise vor sich: Der Laserstrahl durchläuft schnell in zeitlicher Reihenfolge z.
B. abwechselnd die Positionen P1 und p',. Die Folgefrequenz hierbei ist f. Jedesmal,
wenn der Laserstrahl die Position p1 erreicht, wird der Nachrichtenkanal K1 kurzzeitig
mit der Sammelleitung S verbunden. Auf diese Weise wird seine Nachricht mit der
Impulsfolgefrequenz f/2 abgetastet. Dabei muß nach dem otast-Theorem die Bedingung
f/2 2 2fN eingehalten werden.
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fN bedeutet die größte Frequenz, welche über den Nachrichtenkanal
übertragen
werden soll. Die an die Sammelleitung S abgegebene Impulsfolge wird im Verzögerungsglied
r um die Zeit 1/f verzögert und steuert dann den Lichtmodulator M so aus, daß die
Lichtintensität immer gerade dann auf einen der abgetasteten Impulse proportionalen
Wert eingestellt ist, wenn der Laserstrahl die Position Ptn einnimmt. Die Impulsfolge
wird damit zum Photodetektor PHEn betragen. Über einen Tiefpaß TP wird aus der Impulsfolge
das Nachrichtensignal in der ursprUnglichen Form rekonstruiert.
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Eine Erweiterung der Verbindungsmöglichkeiten kann durch die Abtastung
mehrerer Kanäle in zeitlicher Reihenfolge (Zeitmultiplex-Verfahren) erfolgen. Sollen
z. B. Kanal K1 mit Kanal Vn und Kanal Kn mit Kanal V1 verbunden werden, dann durchläuft
der Laserstrahl nacheinander die Positionen Pn-> p'1 ->P1-> P'n -> pn.
Dabei kann eine Maximalfrequenz der Nachrichten von f/8 übertragen werden. Die Verbindung
von 2 n Kanälen zu n Paaren gestattet die Ubertragung eines Frequenzbandes je Kanal
von der Größe f/4.
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Stehen z. B. Lichtablenker mit einer Positionswechselfrequenz von
5 MHz zur Verfügung, dann können gleichzeitig 250 Kanalpaare verbunden werden, wenn
je Kanal ein Frequenzband der Nachricht von 5 kHz übertragen werden soll.
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Beim gegenwärtigen Stand der Technik stehen Lichtablenker zur Verfügung,
welche bis zu 106 Positionen ansteuern können. Lichtmodulatoren mit bis zu 100 MHz
Bandbreite entsprechen ebenfalls dem Stand der Technik.
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Eine weitere Erhöhung der Verbindungsmöglichkeiten wird durch die
parallele Anordnung von 2 oder mehreren Lichtablenkern möglich, wobei jeder einzelne
Lichtablenker das ganze Feld von Nachrichtenkanälen abtasten kann. Die Kanäle für
die zugeführte Information werden dabei in Gruppen zusammengefaßt und jeweils einem
bestimmten Lichtablenker
für die Informationsabgabe zugeordnet.
Jede Gruppe ist über eine eigene Sammelleitung mit dem Lichtmodulator des zugeordneten
Ablenkers verbunden. Jeder Lichtablenker kann jedoch die Information einer Gruppe
auf alle anderen Kanäle übertragen. Stehen z. B. Lichtablenker mit einer Positionszahl
von 10 000 zur Verfügung, und sollen bei einer Folgefrequenz f = 5 MHz jeweils 2
x 500 Kanäle mit = = 5 kHz aus einer Menge von 10 000 miteinander verbunden werden,
dann ist eine Vermittlungsanordnung mit 2 parallelen Lichtablenkern erforderlich.
Durch eine Aufgabenteilung zwischen parallelen Lichtablenkern können die Verzögerungsglieder
( ) eingespart werden. Übernimmt nämlich ein Lichtablenker nur die Aufgabe der Abtastung
der Kanäle, welche eine Information anliefern, dann kann jeweils ein zweiter Lichtablenker
parallel und simultan die Übermittlung der Signale an die Kanäle für die abzuführende
Information durchführen.
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In Fig. 2 ist eine Abwandlung der beschriebenen Anordnung skizziert,
bei der der digitale Lichtablenker für die ankommende Information nur passiv verwendet
wird. Ein Unterschied zur vorstehenden Anordnung besteht demnach nur in dem Verbindungspfad
von den Kanälen, welche eine Information zufuhren, zu dem Lichtmodulator M. Diese
Verbindung ist hier optisch. Anstelle der Photoschalter in der Matrix nach Fig.
1 sind Lichtquellen, z. B. Lumineszenzdioden D1 Dn angeordnet, welche im Takte der
Information ihres angeschlossenen Nachrichtenkanals moduliert werden. Wird der Laserstrahl
auf eine dieser modulierten Lichtquellen abgelenkt, dann wird gleichzeitig in umgekehrter
Richtung durch die Apertur des Lichtablenkers L& hindurch die angesteuerte Lichtquelle
optisch auf die Empfangsfläche eines Photoempfängers E abgsbildet. Dort wird ihre
Information wieder in ein elektrisches Signal
umgewandelt und über
das Verzdgerungsglied z dem Lichtmodulator M zugeführt.
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Dazu ist ein Strahlteiler St zwischen dem Lichtmodulator M und dem
Lichtablenker LA angeordnet, der den vom Lichtmodulator M modulierten Lichtstrahl
durchläßt, den von der Lumineszenzdiode D modulierten Lichtstrahl aber auf die Photodiode
E reflektiert. Alle weiteren Vorgänge verlaufen wie bei der früher beschriebenen
Anordnung.
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Diese Anordnung läßt sich nach Fig. 3 auch so aufbauen, daß alle Lichtquellen
bzw. Lumineszenzdioden D zu einer oder mehreren Matrizen M1..... n zusammengefaßt
werden.
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Jede Lichtquellenmatrix kann dann von einem Lichtablenker LA1... LAn
abgetastet werden. Ein oder mehrere andere Lichtablenker LA'1 LA'n übernehmen die
Übermittlung der Information auf die Kanäle V1..0..Vn für die abgeführten Informationen.
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Mit dieser Anordnung wird die Verbindungskapazität weiter erhöht.
Die Verzögerungsglieder könnten bei dieser Anordnung eingespart werden, wenn jeweils
ein Ablenker für die Lichtquellen D der Matrixanordaung n und und einer für die
Photoempfänger PHE der Matrixanordungen m' parallel arbeiten.
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Es ist auch die Ütertragung von Information mitgrößerer Bandbreite,
z. B. die Übertragung von Fernsehbildern möglich.
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Zur Erklärung der Funktionsweise dient Fig. 4.
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Alle Kanälen welche eine Information anliefern, führen zu einer Matrix
N5, wo jeder Kanal K über einen Photoschalter PHS mit einer Sammelleitung 5 verbunden
werden kann. Von einer Empfangsmatrix me gehen alle Alle V aus, welche
eine
Information abliefern. Soll nun die vom Kanal K1 gelieferte Information zum Kanal
V1 übertragen werden, dann wird der Laserstrahl durch den Lichtablenker LA1 auf
die Position des Photo schalters PHS1 gesteuert und der Strahl durch den Ablenker
LA2 auf die Position der Empfangsdiode DE1. Dadurch wird Kanal K1 über die Sammelleitung
S mit dem Lichtmodulator LM verbunden. Der Laserstrahl wird durch den Lichtablenker
LA2 im Takte der Nachricht auf Kanal K1 moduliert und überträgt die Nachricht über
die Photodiode TD1 auf den Kanal V1.
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Mit dem beschriebenen Prinzip kann natürlich nur die Information eines
Kanals auf einen anderen Kanal übertragen werden.
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Eine Erweiterung von simultanen Verbindungsmöglichkeiten läßt sich
jedoch mit Zwischenspeicherung der Kanalinformationen erzielen.
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Sollen z. B. gleichzeitig Kanal K1 mit Kanal V1 und Kanal " mit Kanal
Vn verbunden werden, dann läuft der Laserstrahl durch den Lichtablenker LA1 zunächst
auf die Position P1 während der Strahl durch den Lichtablenker LA2 auf P'1 gesteuert
wird, Beide Lichtstrahlen verweilen eine Zeit t in diesen Positionen und wechseln
dann auf die Stellungen pn und ptnt wo sie ebenfalls die Zeit t verweilen. Danach
werden sie wieder auf Position P1 und P'1 gesteuert usw.
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In einem Zwischenspeicher Z1 n ist nun die jeweils während eines Zeitabschnitts
2t von Kanal K1 gelieferte Information gespeichert. Diese Information wird in der
Zeit t, in der der Laserstrahl die Positionen P1 und P'1 :Jnnimmt abgefragt und
an Kanal V1 übertragen. Dort wird sie zunächst in einem Zwischenspeicher Z'1 eingeschrieben
und
anschließend in der Zeit 2t an diesen kanal abgegeben. Besitzt dabei die Information
im Kanal Ki die obere Grenzfrequenz fg dann benötigt der Übertragungsweg über die
Sammelleitung SR den Lichtmodulator LM, die Photodiode ED1 zum Zwischenspeicher
Z'1 die Übertragungsbandbreite B=2fg0 Im anschließenden Zeitabschnitt t geschieht
in gleicher Weise die Übertragung der Information von Kanal Kn nach Kanal Vn. Danach
wird erneut ein weiterer Teil der Information von Kanal K1 nach Kanal V1 übertragen
usw.
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Zur technischen Realisierung könnte man z. 3. an miniaturisierte Halbleiterspeicher
denken. Z. B. könnte dann für eine Bildübertragung die Kapazität der Speicher so
ausgelegt werden, daß jeweils die Information einer Bildzeile gespeichert wird.
Für den Lichtübertragungsweg lassen sich heute bereits Übertragungsbandbreiten bis
zu 1 GHz realisieren.
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Zur gleichzeitigen Verbindung von n Kanalpaaren miteinander erhöht
sich die notwendige Bandbreite B auf nsfg. Entsprechend vermindert sich das Verhältnis
von Abfragezeit zu Einschreibezeit im Zwischenspeicher für die angelieferte Information
auf Iln. Analog vergrößert sich das Verhältnis von Abfrage- zu Einsehreibezeit im
Empfangsspeicher auf n.
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Bei einer Modulationsbandbreite 3=1 GHz und einer Informationsbandbreite
fg=5 MHz könnten damit 200 Kanalpaare simultan verbunden werden.
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Patentansprüche: