DE2400491C2

DE2400491C2 - Fasernetz für die optoelektronische Übertragung von Daten

Info

Publication number: DE2400491C2
Application number: DE2400491A
Authority: DE
Inventors: Alfred Untersiggenthal Käch
Original assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Current assignee: Patelhold Patenverwertungs and Elektro-Holding AG
Priority date: 1973-11-28
Filing date: 1974-01-05
Publication date: 1989-02-02
Also published as: SE7414791L; FR2252709A1; DE2400491A1; NL7415366A; CA1038455A; FR2252709B1; BE822582A; AU7580274A; JPS5087342A; US4027153A; CH564889A5; BR7409881A; IT1026535B; GB1493138A; JPS5741141B2

Description

— der Sternpunkt ein passives Koppelelement (1) in Form eines lichtleitenden VolUcerns enthält,

— die von den Sendern (S) und vom Adreßgeber (AS) zum Sternpunkt führenden Senderfasern (4) und die zu den Empfängern (E) führenden Empß.ngerfasern (5) optisch mit einer Stirnfläehe (Γ, 1") dieses Koppelelementes (1) verbunden sind und

— das Koppelelement (1) im Verhältnis zur aktiven Fläche der ausgekoppelten Licht-Übertragungskanäle eine solche Länge (L) aufweist, daß die Stirnfläche (V, V) mit den angeschlossenen Empfängerfasern (5) vom Lichtstrahl einer jeden Senderfaser (4) voll ausgeleuchtet wird.

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2. Fasernetz nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dak jedes Koppelelement (1) aus einem zylinderförmigen VoL'glasker■-, besteht, an dessen Stirnflächen (V, 1") dip Senderfasern (4) und die Empfängerfasern (5) optisch an_}- -rpaßt sind.

3. Fasernetz nach Anspruch 2, gekennzeichnet durch eine solche Dimensionierung der Länge (L) des zylinderförmigen Vollglaskernp, daß das von jeder Senderfaser (4) einfallende Licht auf alle Empfängerfasern (5) möglichst gleichmäßig verteilt auftrifft.

4. Fasernetz nach Ansprüchen 2 oder 3, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Lichtveilusten längs des Koppelelementes (1) der Mantel des Vollglaskernes verspiegelt ist.

5. Fasernetz nach einem der Ansprüche 2 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß zur Vermeidung von Lichtverlusten der Mantel des Vollglaskernes mit einer Glasschicht (6) belegt ist, deren Brechungsindex etwas kleiner ist, als derjenige des Vollglaskernes.

6. Fasernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Senderfasern (4) optisch mit der einen Stirnfläche (V) und die Empfängerfasern (5) optisch mit der anderen Stirnfläche (1") verbunden sind.

7. Fasernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß zu dem Koppelelement (1) geführte Sender- und Empfängerfasern (4,

5) je sende- und/oder empfangsseitig zu einer einzigen Faserleitung vereinigt bzw, Sender (S) und Empfänger f/y einer Teilnehmerstation (2) über eine einzige Faser angeschlossen werden und daß zur optischen Trennung der Sende- und Empfangspfade an den Faserenden Y-Verzweigungen (»Strahl-Weichen«) angebracht sind.

8. Fasernetz nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß bei allen Teilnehmerstationen (2) Sender- und Empfängerfasern (4,5) je Teilnehmerstation (2) in einer Faser vereinigt sind, so daß die an der einen Stirnfläche (I') des Koppelelementes (t) angebrachten Enden der Senderfasern (4) zugleich die Eingänge der Empfängerfasern (5) sind, und daß zur vollen Ausleuchtung dieser Empfängerfasern (5) durch jede Senderfaser (4) die andere Stirnfläche (1") als Spiegelfläche (7) ausgebildet ist

9. Fasernetz nach einem der Ansprüche: 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß alle für sich getrennten Sender- und Empfängerfasern (4, 5) auf derselben Stirnfläche (V) des Koppelelementes (1) ihren Ursprung nehmen bzw. enden und die gegenüberliegende Stirnfläche (1") als Spiegelfläche (7) ausgebildet ist

10. Fasernetz nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Stirnflächen (1', 1") des Vollglaskernes mit zunehmendem Radius leicht einwärts bombiert sind.

Die Erfindung geht aus von einem Fasernetz für die optoelektronische Übertragung von Daten zwischen mindestens einem Sender und mindestens einem Empfänger, wobei jedem Sender und jedem Empfänger ein bestimmter Atfreßcode zugeordnet ist und der Nachrichtengehalt der einzelnen Sender durch einen gemeinsamen Adressgeber zyklisch abgetastet wird, und bei weichere Netz mindestens ein Sternpunkt vorhanden ist von welchem Sternpunkt einzelne Faserleitungen abgehen.

Ein solches Fasernetz ist Gegenstand der früheren deutschen Patentanmeldung der Anmelderin P 23 33 968. Dabei wurde vorausgesetzt daß die von den einzelnen Teilnehmerstationen zum gemeinsamen Sternpunkt führenden Faserleitungen relativ hohe Dämpfungen aufweisen, so daß zumindest im Sternpunkt ein Verstärker notwendig ii,t Die Sternpunkte sind denn auch gemäß der älteren Anmeldung in schaltungstechnisch sehr zweckmäßiger Weise als Zwischen verstärker (Repeater) ausgebildet, wobei auch das Problem der Signalverzweigung durch diese Verstärker bequem gelöst wird. Neuere Entwicklungen auf dem Gebiet der Fasertechnik zeigen nun, daß sich Glasfasern mit außerordentlich kleinen Dämpfungen realisieren lassen (z. B. 3—4 db/km). Damit werden — namentlich bei kleineren Übertragungsdistanzen von maximal ca. 1 km — die trotz ihrer Vorteile doch aufwendigen und unter Aspekten der Betriebssicherheit nicht immer ganz zuverlässigen Zwischenverstärker entbehrlich, und die noch bestehenden Dämpfungen (Koppeldämpfungen, Faserdämpfungen) lassen sich dann gut mit Hilfe der Senderleistung der einzelnen Teilnehmerstationen überbrücken. Unter diesem Gesichtspunkt sind wesentlich einfachere und betriebssichere Netzstrukturen möglich.

Weiterhin ist aus der Zeitschrift »Elektrotechnik und Maschinenbau«, Heft 4, 1979, S. 193 ff. ein Nachrichtensystem auf der Basis eines Glasfasernetzes bekannt, das als Netzgrundeinheit ein Vielfachzugriffsystem in Form eines Verzweigungsnetzes ohne zentrale Einrichtung aufweist. Die Teilnehmer werden durch Faserstränge in Knoten- bzw. Sternpunkten so verbunden, daß bei jedem Teilnehmer die gesamte eingespeiste Information vorbeigeführt wird. Während auch hier Verstärkerstationen in den Fasersträngen vorgesehen sind, wird

über die technische Realisierung der Knotenpunkte keine Aussage gemacht

Auch ist aus der Druckschrift DE-OS 2313 288 eine spezielle Art von Sternpunkt bekannt, bei welchem die von einem elektrooptischen Energiewandler ausgesendeten Daten mit Hilfe eines kegelstumpfförmigen Glaskerns auf eine Anzahl von abgehenden Glasfasern verteilt werden, wobei jedoch keine datentechnische Verbindung der an die Glasfasern angeschlossenen Teilnehmer untereinander möglich ist ι ο

Ein anderes, aus der Druckschrift DE-OS 22 06 098 bekanntes Verfahren zur optischen Nachrichtenvermittlung bedient sich eines Koppelfeldes, in dem durch eine in Stufen oder digital steuerbare Lichtablenkung die Ausgänge von Eingangskunälen mit den Eingängen von Ausgangskanälen wahlweise kontaktfrei verbunden werden können. Ein solches Koppelfeld als Sternpunkt ist jedoch überaus kompliziert und erfordert in Form von Ansteuervorrichtungen einen erheblichen technischen Aufwand.

Schließlich ist in der Zeitschrift »The Bell System Technical Journal«, Dez. 1968, S. 2095 ff. die prinzipielle Möglichkeit dargestellt innerhalb einer Lichtleitfaser eine Vielzahl von Strahlen so zu leiten, daß sie am Ende der Faser räumlich getrennt erscheinen. Auf diese Weise können zwischen solchen Fasern definierte Kanalzuordnungen hergestellt werden, die aber wiederum ein aufwendiges Koppelsystem erfordern, wenn alle Teilnehmer eines Netzes untereinander beliebig verbunden werden sollen. _in

Es ist somit die Aufgabe der Erfindung, ein Fasernetz der eingangs beschriebenen Art mit π Sternpunkten zu schaffen, bei dem die Sternpunkte in einfacher Weise unter Verzicht auf aktive Elemente und mit der Möglichkeit der Verbindung zwischen beliebigen _J5 Teilnehmern ausgeführt sind

Die Aufgabe wird bei einem Fasernetz der eingangs beschriebenen Art dadurch gelöst, daß die Merkmale aus dem Kennzeichen des Anspruchs 1 vorgesehen sind. Die Erfindung wird nachstehend anhand der F i g. 1 — 3 ^₀ näher erläutert Es zeigt

F i g. 1 ein Fasernetz mit einem gemeinsamen passiven Koppelelement gemäß der Erfindung und einer Anzahl Teilnehmerstationen;

F i g. 2 den Aufbau eines passiven Koppelelementes gemäß der Erfindung;

F i g. 3 erne Variante des passiven Koppelgliedes mit Verspiegelung der einen Stirnfläche.

In F i g. 1 bedeuten 1 das gemeinsame, passive Koppelelement 2 eine Anzahl Teilnehmerstationen (symbolisch sind sechs eingezeichnet), je bestehend aus Empfänger E, Sender 5 und einem Codierteil CT, sowie 3 einen geneinsamen Adrcßgeber AS. Die Sender der Stationen 2 und des Adreßgebers 3 sind jeweils über Senderfasern 4 optisch mit einer Stirnfläche 1" des Koppelelementes J verbunden.

Die Empfänger der Stationen 2 sind sowohl AdreÜ-als auch Nachrichtenempfänger. Bei der Durchgabe eines Adreßcode werden über das Koppelelement 1 stets alle zu den Empfängern führenden Faserleistungen m> beaufschlagt Sobald der aufgerufene Sender in Funktion tritt, wird der zugehörige Adreßempfänger abgeschaltet, so daß keine Rückkopplungserscheinungen auftreten können. Die vom Sender eines Station abgegebene Nachricht gelangt über das Koppelelement 1 ebenfalls zu allen Empfängern, wird aber nur von dem auf gleiche Adresse programmierten aufgenommen. Falls bei einzelnen Stationen nur empfangen werden soll, kann dort der Sender auch weggelassen werden. Die Zahlen der beim Koppelelement 1 ankommenden und abgehenden Faserleitungen können also durchaus verschieden sein.

Der Aufbau des Koppelelementes 1 ist in Fig.2 näher skizziert Es besteht im wesentlichen aus einem zylinderförmigen Vollglaskem, an dessen Stirnflächen 1' und 1" die Senderfasern 4 und die abgehenden Empfängerfasern 5 (symbolisch je sechs eingezeichnet) optisch angepaßt sind. Der Durchmesser D des Kerns richtet sich nach der Gesamtfläche der mit der Stirnfläche 1' bzw. 1" verbundenen Faserleitungen. Die Länge L muß so groß sein, daß das von jeder Senderfaser 4 in der Stirnfläche 1' einfallende Licht in der Stirnfläche 1" auf alle Empfängerfasern 5 möglichst gleichmäßig verteilt auftrifft Infolge der Richtcharakteristik der Faserenden sind senderseitig (und auch empfangsseitig) alle Faserleitungen gegenseitig entkoppelt Kopplungen bestehen nur in der Strahlungsrichtung S' des Lichtes, d. h. immer zwischen je einer Faser eingangsseitig und allen Fasern ausgpigsseitig (»Strahl-Weiche«). Zur Vermeidung von Lichtverlusten längs des Koppelgliedes kann der Mantel des Kernes verspiegelt oder mit einer Glasschicht belegt sein, deren Brechungsindex etwas kleiner ist als derjenige des Kernkörpers. Die Lichtverteilung längs des Kernes kann noch gleichmäßiger gemacht werden, indem man die Stirnflächen 1' und 1" mit zunehmendem Radius leicht einwärts bombiert

Die Leistungsteilung im Koppelelement 1 hat eine Koppeldämpfung zur Folge. Diese beträgt bei einer Grunddämpfung von 1 db/Faserende z.B. 10 Teilnehmerstationen etwa 12db, bei 50 Stationen etwa 20 db. Hinzu kommen noch die Obergangsverluste LED-Faser und ^aser-Fotodiode sowie die Faserveriuste selbst. Auf dämpfungsarme Fasern bezogen erhält man damit bei z. B. 50 Teilnehmerstationen und Faserlängen bis zu 1 km eine totale Übertragungsdämpfung von etwa 30—40 db, welcher Wert bezüglich der verfügbaren Sendeleistung einer Teilnehmerstation durchaus im zulässigen Rahmen liegt

A nstelle der in F i g. 1 getrennt zum Koppelelement 1 geführten Sender- und Empfängerfasern können, falls die Umstände dies erfordern, die Faserleitungen zu benachbarten Stationen je sende- und/oder empfangsseitig auch zu einer vereinigt oder Sender und Empfänger einer Station über eine einzige Faser angeschlossen werden. Zur optischen Trennung der Sende- und Empfangspfade wären dann an den Faserenden Y-Verzweigungen, z. B. im Sinne der obenerläuterten Beamweiche, erforderlich. Werden bei allen Stationen Hin- und Rückleitung in einer Faser vereinigt so sind die an der Stirnfläche 1' dzs Koppelelementes 1 angebrachten Enden der Senderfasern, wie in F i g. 3 dargestellt zugleich die Eingänge der Empfängerfasern, Damit diese von jeder Senderfaser voll ausgeleuchtet werden, ist nunmehr die gegenüberliegende Stirnfläche 1" als Spiegel auszubilden und nötigenfalls sinngemäß zu bombieren. Die Leistungsteilung und damit die Übertiagungsdämpfung des Koppelelementes bleibt praktisch die gleiche wie die bei der Faserköpplung gemäß der Anordnung nach F i g. 2. Die Y-Verbindung bei den Stationen hat jedoch zumindest in der Empfangsrichtung eine Dämpfungszunahme von wenigstens 3 db zur Folge, dagegen wird die Hälfte aller Faserleic.ngen eingespart.

Schließlich kann man noch, was hier nur am Rande erwähnt sei, die Sender· und Empfängerfasern, statt wie

in Fig. I bzw. Fig. 2 je auf die gegenüberliegenden Stirnflächendes Koppelelementes 1 geführt, alle auf der gleichen Stirnfläche anbringen und die gegenüberliegende Stirnfläche, wie oben im Falle der für Sender und Empfänger gemeinsamen Fasern (vgl. F i g. 3), verspiegeln und eventuell noch sinngemäß bombieren. Von jeder Senderfaser werden dann alle Empfängerfasern und zugleich alle Senderfasern ausgeleuchtet. Die optisch wirksame Empfangsfläche beträgt dann nur die Hälfte derjenigen des Koppelelementes, was einer zusätzlichen Dämpfung von 3 db entspricht Dagegen wird das Koppelelement nur halb so lang, und die Ausleuchtung der Faserenden läßt sich leichter homogenisieren.

Zwischen den Koppelelementen nach Fig. 2 und Fig. 3 besteht übrigens ein prinzipieller Unterschied. Während das Element nach Fig. 2 sowohl als Strahlweiche wie auch als Leistungsschalter wirkt, tritt beim Element nach F i g. 3 nur eine Leistungsteilung auf. Um z. B. ein optisch symmetrisches Y-Koppeigiied zu erhalten, muß man drei Elemente bei der Ausführung nach Fig. 2 kombinieren, bei der Anordnung nach F i g. 3 genügt jedoch ein FJement.

Falls bezüglich Standorte der verschiedenen Teilnehmerstationen gewisse Schwerpunkte bestehen, so kann man diese Stationen auch in separaten Netzen mit in den Sternpunkten eigenen Koppelelementen zusammenfassen. Die einzelnen Koppelelemente sind dann unter sich sinngemäß mit Faserleitungen zu verbinden.

wobei allerdings in diese, speziell bei einer größeren Zahl von Teilnehmerstationen, d. h. höheren Verlusten in den zentralen Koppelelementen, Zwischenverstärker zu schalten sind.

Der Aufbau der erläuterten Netzstruktur ist einfach und übersichtlich. Bei Ausfall einer Teilnehmerstation werden davon nur die damit behafteten Verbindungen unterbrochen, während der Verkehr zwischen allen anderen Stationen ungehindert erhalten bleibt. Anstelle von Einzelfasern können auch Faserbündel verwendet werden. Allfällige Faserbrüche haben dann auf die Übertragungsgüte noch praktisch keinen Einfluß. Das Fasernetz ist bis zu einer größeren Zahl von Teilnehmerstationen (z. B. 50—100) beliebig ausbaubar.

Mit modernen dämpfungsarmen Multimodefasern treten in Fasernetzen bis zu etwa 1 km Ausdehnung Übertragungsdämpfungen auf. die gut mit der jeweiligen Sendeleistung der einzelnen Teilnehmerstationen überbrückt werden können, so daß keine Zwischenverstärker erforderlich sind. Bei der vorgeschlagenen sternförmigen Netzstruktur werden bei Ausfall einer Teilnehmerstation nur die mit dieser verknüpften Verbindungen betroffen, während der Verkehr zwischen den anderen Stationen ungehindert bleibt. Die mittels eines einfachen, passiven Koppelelementes realisierte optische Verkopplung der Faserleiter zu den Teilnehmerstationen bedeutet gegenüber der früheren Ausführung mit Zwischenverstärkern eine erhebliche Verbilligang.

Hierzu 1 Blatt Zeichnungen

Claims

Patentansprüche:

1, Fasernetz für die optoelektronische Datenübertragung zwischen mindestens einem Sender (S) und mindestens einem Empfänger (E), wobei jedem Sender (S) und jedem Empfänger (E) ein bestimmter Adreßcode zugeordnet ist und der Nachrichtengehalt der einzelnen Sender (S) durch einen gemeinsamen Adreßgeber (AS) zyklisch abgetastet wird, und bei welchem Netz mindestens ein Sternpunkt ι ο vorhanden ist, von welchem Sternpunkt einzelne Faserleitungen (4, 5) abgehen, dadurch gekennzeichnet, daß