DE3008187A1

DE3008187A1 - System zum ermitteln von fehlerstellen in einem optischen faseruebermittlungssystem

Info

Publication number: DE3008187A1
Application number: DE19803008187
Authority: DE
Inventors: Hideharu Tokiwa; Hiroharu Wakabayashi
Original assignee: Kokusai Denshin Denwa KK
Current assignee: KDDI Corp
Priority date: 1979-03-23
Filing date: 1980-03-04
Publication date: 1980-09-25
Also published as: US4320968A; JPS55125427A; GB2048603B; DE3008187C2; GB2048603A

Description

System zum Ermitteln von Fehlerstellen in einem optischen Faserübermittlungssystem

Die Erfindung betrifft ein System zum Ermitteln von Fehlerstellen in einem optischen Faserübermittlungssystem unter Verwendung eines Lasergenerators, der Licht in das Faserübermittlungssystem aussendet, welches von der Fehlerstelle reflektiert und über einen halbdurchlässigen Spiegel, der zwischen dem Lasergenerator und dem Faserübermittlungssystem angeordnet ist, in elektrische Signale umgesetzt wird, die in einem Oszilliskop sichtbar gemacht werden.

Das bekannte Fehlerermittlungssystem der vorgenannten Art ist ein Impulsechosystem, bei welchem das Prinzip der Reflektion eines ■ optischen Impulses an der Fehlerstelle Verwendung findet. Dieses bekannte System ist in Fig. 1 gezeigt. Ein Impulssignal wird vom Impulsgenerator 1 erzeugt und dieses Impulssignal steuert einen Lasergenerator 2, so daß ein optisches Impülssignal erzeugt wird. Dieses optische Impulssignal wird in das optische Faserkabel 4 eingegeben, das einen Fehler aufweist. Die Eingabe erfolgt über einen optischen Teiler bzw. einen halbdurchlässigen Spiegel 3. Es sei an-

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genommen, daß das optische Faserkabel 4 an der Stelle 5 unterbrochen ist. Aus diesem Grund wird das vom Lasergenerator 2 ausgehende optische Impulssignal an der Fehlerstelle 5 reflektiert und wandert zurück zum halbdurchlässigen Spiegel 3 .Das reflektierte optische Impulssignal wird vom halbdurchlässigen Spiegel 3 auf einen optischen Empfänger 6 geleitet. Der optische Empfänger 6 wandelt das reflektierte optische Signal in ein elektrisches Signal um, der dem Bildschirm eines Oszilloskopen 7 zugeführt wird. Die Horizontalablenkung beim Oszilloskopen 7 wird gesteuert durch einen Triggerimpuls, der gleichzeitig mit dem Ausgangsimpuls des Impulsgenerators 1 auftritt. Auf diese Weise ist es dann möglich, das Zeitintervall zu ermitteln zwischen dem Auftreten des Triggerimpulses und dem Auftreten des reflektierten Impulses, wobei dieser Zeitintervall sichtbar wird auf dem Bildschirm des Oszilloskopen 7. Das gemessene Zeitintervall ist ein Maß der Länge zwischen dem optischen Teiler 3 und dem Unterbrechungspunkt 5, da die Übermittlungsgeschwindigkeit optischer Signale im Glasfaserkabel bekannt ist. Auf diese Weise kann dann der Unterbrechungspunkt lokalisiert werden.

Dieses Impulsechosystem ist im wesentlichen das Gleiche wie es verwendet wird bei Übertragungsleitungen, welche aus leitenden Drähten zusammengesetzt sind.

Ein wesentlicher Unterschied besteht jedoch. Während die Reflektion am Unterbrechungspunkt bei einem leitenden Draht groß ist, ist sie bei einer optischen Faser sehr gering. Der Reflektionskoeffizient am Unterbrechungspunkt bei einer optischen Faser ist im allgemeinen geringer als 4 % und hängt auch in starkem Maße ab von der Form der Unterbrechung. Ist beispielsweise die gebrochene Fläche am Unterbrechungspunkt mehr als 6° geneigt in Bezug auf eine Ebene rechtwinkelig zur Achse der optischen Faser, dann ist der Reflektionskoeffizient sehr gering.

Weiterhin ist zu bemerken, daß die Eingangsenergie des optischen Signals nicht notwendig genug erhöht werden kann, um das gewünschte

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Signal-Rauschverhältnis zu erhalten, da sowohl die Ausgangsleistung des Lasergenerators als auch der Kopplungswirkungsgrad zwischen dem Lasergenerator und dem optischen Kabel begrenzt ist. Weiterhin ist bekannt, daß der Übertragungsverlust infolge der Ramanstreuung hoch wird, wenn die Übermittlungsleistung zu groß wird, so daß auch aus diesem Grunde die zur Verfugung stehende Eingangsleistung beim optischen Kabel begrenzt ist. Dementsprechend ist die Amplitude des optischen Signals am optischen Empfänger 6 gering und es ist kein gutes Signal- Rauschverhältnis am Ausgang des optischen Empfängers 6 zu erwarten.

Liegt eine einseitig betriebene optische Faserleitung vor, dann wird die Situation noch schwieriger. Die Signal amplitude des empfangenen Signals bei einem einseitig betriebenen Kabel am Empfänger 6 ist geringer als bei einem mehrseitig betriebenen optischen Kabel und der Kopplungskoeffizient bei einem einseitig betriebenen Kabel ist ebenfalls geringer als bei einem mehrseitig betriebenen optischen Kabel. Auf diese Weise wird das Signal-Rauschverhältnis weiterhin reduziert, wenn ein einseitig betriebenes optisches Kabel verwendet wird. Bei einem einseitig betriebenen optischen Kabel werden die Intervalle zwischen den Relaisstationen bzw. Verstärkern größer gewählt als bei einem mehrseitig betriebenen Kabel, so daß die Dämpfung eines optischen Impulses vom Impulsgenerator zur Fehlerstelle groß werden kann, wenn ein einseitig betriebenes Kabel vorliegt. Deshalb ist eine Fehlerortung bei einem einseitig betriebenen optischen Kabel unter Verwendung des Impulsechosystems nach Fig. 1 meist unmöglich zu realisieren. Weitere Verfahren der Fehlerortung ist die Impulsdifferenziermethode, wie sie beispielsweise im Bericht 946 in den National Convention Record 1976, organisiert vom Jnstitute_of_E_lectronics and Communication in Japan beschrieben ist. Ein Frequenzdifferenzverfahren ist beschrieben im Bereicht S3-13 des National Convention Record on Light and electromagnetic waves section 1976.. Bei einem weiteren bekannten Verfahren wird eine Sinuswelle als Meßsignal für die Ortung der Fehlerstelle verwendet, wodurch ein Teil des Problems des Signal-Rauschverhältnisses gelöst werden kann. Hierbei wird von dem Prinzip ausgegangen, daß die Phase

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der zusammengesetzten Wellen aus der Reflektionswelle am Unterbrechungspunkt und der Reflektionswelle vom Eingang des optischen Kabels proportional zum Abstand zur Unterbrechungsstelle und der Frequenz des Übermittlungssignals ist. Durch Messen der Frequenz differenz als Maß der Phasendifferenz, beispielsweise der Phasendifferenz TTkann die Stelle der Unterbrechung gemessen werden. Sind jedoch mehr als zwei Unterbrechungspunkte vorhanden, dann kann lediglich die zusammengesetzte Phase der Unterbrechungspunkte gemessen werden, wobei es dann nicht mehr möglich ist, die Stelle der einzelnen Unterbrechungspunkte zu bestimmen.

Es besteht die Aufgabe, das System zum Ermitteln von Fehlerstellen in einem optischen Faserübermittlungssystem so auszubilden, daß ein ausreichendes Signal-Rauschverhältnis erhalten wird und zur gleichen Zeit mehrere Fehlerstellen geortet werden können.

Gelöst wird diese Aufgabe mit den Merkmalen des Anspruches 1. Eine vorteilhafte Ausgestaltung ist dem Unteranspruch entnehmbar.

Ein Ausfuhrungsbeispiel wird nachfolgend anhand der Zeichnung erläutert. Es zeigen:

Fig. 2 ein Blockdiagramm des Systems und Fig. 3 die Kurven der Ausgangsfrequenz am Kipposzillator 10 und am optischen Empfänger 6 in Fig. 2.

Fig. 2 zeigt schematisch den Aufbau des Fehlerortungssystems bei einer optischen Faserübermittlungsleitung. Die verwendeten Baugruppen 2 bis 6 sind die gleichen wie diejenigen in Fig. 1, d.h.

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ein Lasergenerator 2, ein optischer Teiler oder halbdurchlässiger Spiegel 3, eine optische Faserübermittlungsleitung 4, ein Fehlerpunkt 5 in der übertragungsleitung und ein optischer Empfänger 6. Zusätzlich sind vorhanden ein Kipposzillator 10, ein Modulator 11, ein Tiefpaßfilter 12 , ein Verstärker 13 und ein Spektrumanalysator 14. Mit 15 ist der Eingang des zu prüfenden Kabels bezeichnet.

Der Wobbler 10 verändert seine Ausgangsfrequenz von fg Hz bis f, Hz mit einer Durchlaufgeschwindigkeit von f Hz/Sek.

Der Ausgang des Oszillators 10 steuert den Lasergenerator 2, wodurch der optische Ausgang des Lasers 2 moduliert wird. Das modulierte optische Signal des Lasergenerators 2 wird über den opti sehen Teiler 3 dem Eingang 15 der optischen Faser 4 zugeführt. Es sei vorausgesetzt, daß die optische Faser 4 an der Stelle 5 unterbrochen ist. Demgemäß wird das optische Signal vom Lasergenerator 2 am Fehlerpunkt 5 reflektiert. Das reflektierte optische Signal gelangt über die optische Faser 4 zum optischen Teiler 3 und von dort zum optischen Empfänger 6. ,Der optische Empfänger 6 wandelt die vom Fehlerpunkt 5 reflektierte optische Energie in ein elektrisches Signal um, das einem Modulator 11 zugeführt wird.

Der Modulator 11 erhält weiterhin Signale vom Ausgang des Oszillators 10, so daß am Modulator 11 eine sinusförmige Ausgangsfrequenz auftritt, welche gebildet wird aus der Differenz zwischen der augenblicklichen Frequenz des Oszillators 10 und der Ausgangsfrequenz des optischen Empfängers 6. Die Ausgangsfrequenz des Modulators 11 wird einem Spektrumanalysator 14 über ein Tiefpaßfilter 12 und einem Verstärker 13 zugeführt. Letztlich wird die Ausgangsfrequenz angezeigt auf dem Bildschirm des Spektrumanalysators 14.

Es sei vorausgesetzt, daß die Ausgangsfrequenz des Modulators 11 f_s x ^ΔΤ beträgt. Hierbei ist ά T die Zeitdauer, welche ein Signal genötigt, um vom Oszillator 10 zum optischen Empfänger 6 zu gelan-

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gen, d.h. vom Oszillator 10 über Laser 2, optischen Teiler 3, optische Faser 4, Fehlerstelle 5, optische Faser 4 und optischen Teiler 3 zum optischen Empfänger 6 zu gelangen. Uie Ausgangsfrequenz f χ 4 T wird anhand der Fig. 3 erläutert.

In Fig. 3 bedeutet die horizontale Achse 22 die Zeitachse, während die vertikale Achse 27 die Frequenz darstellt. Die lineare Linie 23 zeigt die Veränderung der Ausgangsfrequenz des Oszillators 10, während die gerade Linie 24 die Veränderung der Frequenz des reflektierten Signals darstellt, welche vom optischen Empfänger 6 empfangen wird.

Die Differenz zwischen den Linien 23 und 24 beträgt f χ Δ Τ und diese Differenz wird erhalten am Ausgang des Modulators 11 so lange wie der Wobbler 10 arbeitet. Die Ausgangsfrequenz f χ ά Τ am Ausgang des Modulators ist proportional der Zeitverzögerung des optischen Signals, welches vom Eingang der optischen Faser 4 bis zum Fehlerpunkt 5 wandert. Da der Wert f vorbestimmt und bekannt ist, kann vom Wert f χ Δ T auf dem Bildschirm des Spektrumanalysators 14 der Wert A T abgeleitet werden, der seinerseits einen Wert ist, welcher den Abstand zwischen dem Eingang 15 und dem Fehlerpunkt 5 bestimmt.

Sind im optischen Kabel 4 mehrere Reflektionspunkte vorhanden, dann weist jedes Reflektionssignal an jedem Reflektionspunkt eine spezielle Frequenz auf und die Ausgangsfrequenz am Modulator 11 hängt von jedem Reflektionspunkt ab. Daher werden mehrere Punkte auf dem Schirm des Spektrumanalysators 14 beobachtet, wobei jeder Punkt auf dem Schirm eine einzelne Fehlerstelle bedeutet. Daher kann jeder Fehlerpunkt leicht von anderen Fehlerpunkten auf dem Schirm des Spektrumanalysstors unterschieden werden.

Beträgt beispielsweise die Durchlaufgeschwindigkeit des Wobbiers 10 100 MHz/See, und beträgt die Länge zwischen dem halbdurchlässigen Spiegel 3 und dem Fehlerpunkt 5 im optischen Kabel 4 2 km, dann beträgt der Wert von f_sxdT demnach 2 KHz. Da der Abstand zwischen

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aufeinanderfolgenden Verstärkern in einem optischen Faserübermittlungssystem in der Größenordnung zwischen 3o und 40 km liegt, ist der gewünschte Maximalwert von f χ ΔΤ näherungsweise 40 KHz zur Unterscheidung der Fehlerpunkte in diesem Bereich. Demgemäß sollte die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters 12 bei 40 KHz liegen. Verglichen mit der bekannten Impulsechomethode bei welcher die Bandbreite der Empfangseinheit breiter als 4 MHz ist, wird mit dem vorliegenden System ein Signalrauschverhältnis von 40 dB erhalten (20 log (4000/40)=40 db).

Alle Bauteile des in Fig. 2 gezeigten Systems sind kommerziell erhältlich. Beim Lasergenerator 2 kann es sich um die Typen HLPlOOO, HLP2000 oder HLP300 der Firma Hitachi Co. Limited in Japan handeln. Es kann sich auch um Generatoren ML4000 oder ML7000 der Firma Mitsubishi Electric Co. Limited in Japan handeln. Für den optischen Empfänger 6 können Lawinendioden PDlOOO oder .PD70Ö0 der Firma Mitsubishi Electric Co. Limited in Japan Verwendung finden. Als Sinusoszillator 10 kann verwendet werden die Type 3325A der Firma Hewlett-Packard"Co. in U.S.A. Als Spektrumanalysator 14 ist geeignet ein solcher unter der Typenbezeichnung 3580A der Firma Hewlett-Packard Co. in U.S.A.

Das vorliegende System geht also von dem Prinzip aus, die Laufzeit des optischen Signals in der optischen Faser umzusetzen in eine Frequenzänderung, deren Ergebnis angezeigt wird auf dem Bildschirm des Frequenzspektrumanalysators. Demgemäß wird das Signal-Rauschverhältnis beim Empfangssignal wesentlich verbessert und außerdem können gleichzeitig mehrere Fehlerstellen geortet werden.

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Claims

DipL-Ing.

Patentanwalt

Rehlingenstraße 8 · Postfach 260

D-8900 Augsburg 31

Telefon 08 21/3 6015+3 6016

Telex 53 3 275

Postscheckkonto:München Nr. 1S4789-801

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Anm.: Kokusai Denshin Denwa Co.Ltd,

Patentansprüche

./System zum Ermitteln von Fehlerstellen in einem optischen Faserübermittlungssystem unter Verwendung eines Lasergenerators, der Licht in das Faserübermittlungssystem aussendet, welches von der Fehlerstelle reflektiert und über einen halbdurchlässigen Spiegel, der zwischen dem Lasergenerator und dem Faserübermittlungssystem angeordnet ist, und einem optischen Empfänger in elektrische Signale umgesetzt wird, 'die in einem Oszilloskop sichtbar gemacht werden, dadurch gekennzeichnet, daß der Lasergenerator (2) von einem Oszillator (10) mit veränderbarer Frequenz gesteuert wird, dessen Signale zusammen mit den umgesetzten elektrischen Signalen einem Modulator (11) zugeführt werden, der eine Frequenzdifferenz zwischen der augenblicklichen Ausgangsfrequenz des Oszillators (10) und,der Ausgangsfrequenz des optischen Empfängers (6) bildet_/ii«d-diese Frequenzdifferenz über ein Tiefpaßfilter (12) einem Frequenzspektrum analysator (14) zugeführt und dort angezeigt wird.
2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Durchlaufgeschwindigkeit des Oszillators (10) 100 MHz/See, und die Grenzfrequenz des Tiefpaßfilters (12) 40 HZ beträgt.
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