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Breitbandnetz für nachrichtentechnische Signale
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Die Erfindung bezieht sich auf ein Breitbandnetz zur ÜbrrtrI<0tInq
nachrichtentechnischer Signale, unter Verwendung von zwishen einem -Sender und mit
einem Empfänger ausgerüsteten Teilnehmern verlaufenden Kabeln mit Lichtwellenleitern,
die zumindest teilweise in im Erdboden verlegten Kanälen angeordnet sind.
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Ein "Breitbandnetz" ist ein Leitungsnetz zur Übertragung nachrichtentechnischer
Signale, auf dem neben den herkömmlichen Diensten, wie Fernsprechen, Telex und Telefax,
auch Dienste übertragen werden können, die breite Frequenzbänder benötigen.
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Solche Dienste sind beispielsweise Fernsehrundfunk, Fernsehtelefon,
Videokonferenzen, schnelle Datenübertragung.
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Kabel mit Lichtwellenleitern sollen Kabel sein, die eine b('-liebige
Anzahl von aus Kunststoff oder Glas bestehende Fserr - im folgenden der Einfachheit
halber "LWL" (Lichtwellenleiter) genannt - aufweisen. Die LWL sind in der Seele
eines solchen Kabels untergebracht, die von einem äußeren Schutzmantel umgeben
sein
kann. In der Seele und/oder im Schutzmantel sind bei derartigen kabeln außerdem
zugfeste Elemente angebracht. Der Schutz-III1III.C?1 kation atJ'i einem geeigneten
Kunststoff bestehen und er kann in seinem Aufbau als Schichtenmantel eine Metallschicht
aufweisen.
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Es ist auch möglich, den Schutzmantel als Metallrohr auszuführen,
das vorzugsweise quer zu seiner Längsrichtung gewellt ist.
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LWL werden in der Nachrichtentechnik als Ersatz für die bisher üblichen
metallischen Leiter verwendet. Zur Herstellung eines fertigen LWL werden einzelne
Fasern in geeignete Schutzschichten eingebettet. Gegenüber den metallischen Leitern
haben die LWL eine Reihe von Vorteilen. Sie sind sehr breitbandig und dämpfungsarm,
so daß über einen LWL gegenüber einem Kupferleiter mehr Kanäle bei vergrößertem
Verstärkerabstand übertragen werden können. Sie sind gut biegbar und haben sehr
kleine Durchmesser, so daß der ki[><Icuerschnitt: verringert werden kann.
Ferner treten keine Beeinflussungen durch äußere elektrische und magnetische Felder
auf.
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Der Grundstoff zur Herstellung der LWL ist. in ausreichender Menge
auf der ganzen Erde vorhanden.
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Eine zwischen einem Sender und einem Empfänger liegende Übertragungsstrecke
mit einem LWL besteht im wesentlichen aus einem elektro/optischen Wandler, einem
in einem Nachrichtenkabel befindlichen LWL und einem opto/elektrischen Wandler.
Die beiden Wandler wandeln dabei elektrische Signale in Lichtsignale und umgekehrt.
Breitbandnetze können mit Kabeln mit LWL prinzipiell genauso aufgebaut werden, wie
die bisherigen schmalbandigen Netze.
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Neben der bereits erwähnten Tatsache, daß solche Kabel leichter als
herkömmliche Kabel mit metallischen Leitern sind und auch kleinere Durchmesser als
dieselben haben, ergeben sich im Netzaufbau sonst keine Vorteile, da die Verlege-
und Anschlußarbeiten nicht vermindert werden, wenn hierfür nicht besondere Vorkehrungen
getroffen werden. Aus schaltungstechnischen Gründen wird ein solches Breitbandnetz
dann, wenn der bisherige Sternaufbau beibehalten wird, sogar wesentlich teurer als
ein bisheriges Netz, insbesondere dann, wenn es auf zukünftigen Zuwachs ausgelegt
wird.
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Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Breitbandnetz anzugeben,
für das sowohl beim Erstellen als auch bei Änderungen
und Ergänzungen
ein extrem niedriger Aufwand erforderlich ist, das also bei der Installation und
beim Betrieb kostengünstig gestaltet werden kann.
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Diese Aufgabe wird bei einem Breitbandnetz der eingangs geschilderten
Art gemäß der Erfindung dadurch gelöst, daß die Kabel zwischen dem Sender und einem
im Bereich vieler Teilnehmer lie(Jenden Aufteilungspunkt in den Kanälen in Rohren
arlelet)rlcllt ;i licl, deren Durchmesser klein im Verhältnis zum lichten Durchmesser
der Kanäle ist und von denen mehrere zu einer Einheit zusammengefaßt in einem Kanal
untergebracht sind, und daß von dem Aufteilungspunkt ausgehend jeweils ein Lichtwellenleiter
zu einer Gruppe von Teilnehmern geführt ist, die jeder für sich an diesen Lichtwellenleiter
angeschlossen sind.
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Unter"einem LWL" ist hier zu verstehen, daß entweder eine Einfachleitung,
d. h. eine einzige Faser, oder eine Doppelleitung, d. h. zwei Fasern, verlegt sind.
Für die reine Verteilung der Signale (Fernsehen, Rundfunk) reicht eine Faser aus,
während für eine Kommunikation (Videotelefon, Videokonferenz) ein Rückkanal benötigt
wird. Der könnte zwar im- Wellenlängenmultiplex über die gleiche Faser geführt werden,
jedoch ist der Einsatz einer zweiten Faser zur Zeit noch besser. Im folgenden wird
nur der Ausdruck "ein LWL" verwendet, egal ob tatsächlich nur eine Faser oder zwei
Fasern für jeden Teilnehmer verlegt sind. Die Kabel mit LWL werden im folgenden
kurz als "LWL-Kabel" bezeichnet.
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Durch Einsatz der Rohre zur Aufnahme der LWL-Kabel können die bisher
üblichen und meist schon verlegten Bauteile für herkömmliche Kabel mit ihren großen
Kanälen grundsätzlich weiter verwendet werden, es ergibt sich für die LWL-Kabel
jedoch ein wesentlich verminderter Platzbedarf. In die bisherigen großen Kanäle
wird ein gut biegbarer Verbund von mindestens vier Rohren eingezogen, so daß in
einem bisher üblichen Kanal mindestens vier LWL-Kabel getrennt voneinander untergebracht
werden können. Von besonderem Vorteil sind die Rohre dann, wenn beispielsweise sechs
oder mehr Rohre zu einem Rohrbündel zusammengefaßt in einen großen Kanal eingezogen
werden.
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ei der Neuinstallation von Bauteilen mit großen Kanälen braucht dementsprechend
beispielsweise nur einer der bisher üblichen Kanäle vorhanden zu sein, in dem durch
das Einziehen der Rohrbündel mehrere LWL-Kabel getrennt voneinander untergebracht
werden können.
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Der dadurch nicht mehr benötigte Platz kann zur Unterbringung anderer
Versorgungsleitungen verwendet werden. Auch bei bereits bestehenden Anlagen wird
für die LWL-Kabel nur ein Kanal benötigt.
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Die übrigen können ebenfalls für andere Versorgungsleitungen ausgenutzt
werden.
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Wenn die Seele der LWL-Kabel metallfrei ausgeführt wird, dann können
in dem freigewordenen Platz bzw. in den freigewordenen Kanälen auch Starkstromkabel
untergebracht werden, ohne daß auf Beeinfjussungsprobleme Rücksicht genommen werden
muß.
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Ein weiteres Merkmal zur Realisierung des sehr einfach aufgebauten
und zu handhabenden Breitbandnetzes ist in der Anschlußmöglichkeit mehrerer Teilnehmer
an einen einzigen, vom Aufteilungspunkt ausgehenden LWL zu sehen. Es ergibt sich
dadurch eine Art "wandernder" Teilnehmeranschlußpunkt, da jeder weitere Teilnehmer
auf kürzester Strecke an den LWL angeschlossen werden kann. Schaltungstechnisch
am einfachsten wird dieses Vorgehen, wenn jeder weitere Teilnehmer bei dem ihm räumlich
am nächsten liegenden, schon angeschlossenen Teilnehmer an den LWL angeschlossen
wird.
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Die Anzahl der an einen einzigen LWL anschließbaren Teilnehmer wird
durch die Breite des insgesamt übertragenen Frequenzbandes und durch die Breite
des jedem Teilnehmer zugeordneten Frequenzbandes beschränkt.
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Hier bietet nun das Breitbandnetz nach der Erfindung den weiteren
Vorteil, daß für eine größer werdende Teilnehmerzahl eine einfache und kostengünstige
Nachrüstung möglich ist. Es braucht nämlich nur in eines der freigelassenen Rohre
zwischen dem Sender bzw. einem Amt und Aufteilungspunkt ein weiteres LWL-Kabel eingezogen
zu werden, das dann für lange Zeit einen weiter steigenden Bedarf decken kann (modularer
Netzaufbau).
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Dieser Vorteil gilt besonders dann, wenn die LWL-Kabel einmal ausgetauscht
werden sollen. So ein Fall kann eintreten, wenn ein Kabel defekt wird oder wenn
die rasche Weiterentwicklung zu Fasern verbesserter Qualität führt. Die Aufteilung
der LWL-Kabel auf die Rohre ermöglicht ein leichtes Austauschen, Außerdem bieten
frei gebliebene Rohre die Möglichkeit, ein neues LWL-Kabel schon einzuziehen und
zu verschalten, während cias andere noch in Betrieb- ist, so daß die Teilnehmer
für die Umsch-il tung nur rzfristig vom Sender bzw. vom Amt getrennt werden miiss<'n.
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Da vom Aufteilungspunkt zu je einer Gruppe von Teilnehmern nur ein
einziger LWL benötigt wird, kann ein entsprechendes Kabel auch an Masten aufgehängt,
d. h. über dem Erdboden zu den Teilnehmern geführt werden. Vorteilhafterweise können
hierfür auch die Masten schon bestehender Starkstromanlagen benutzt werden, da eine
Beeinflussung der optischen Signale nicht auftritt und außerdem eine Verschleppung
von gefährdenden Spannungen und atmosphärischen Entladungen ausgeschlossen ist.
Die Installation über dem Erdboden bietet sich nicht nur als vorübergehende sondern
auch als Dauerlösung an, da solche Kabel mit nur einem oder wenigen LWJ.
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so geringe Durchmes;er haben, daß sie kaum wahrgenommen wcrdcnn und
somit optisch nicht stören.
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Jeder Teilnehmer ist an den LWL mit einem opto/elektrischen Wandler
angeschlossen, der frequenzselektiv arbeiten kann und dem Teilnehmer das ihm zugeordnete
Frequenzband aus dem breiten Frequenzband des LWL zuführt. Jedem der an einen LWL
angeschlossenen Teilnehmer ist ein genau abgegrenztes Frequenzband zugeordnet. Um
die Sicherheit gegenüber Abhörversuchen zu erhöhen, sollten die Anschlüsse bei den
einzelnen- Teilnehmern an möglichst gut abgesicherten Stellen angebracht werden.
Jeder Teilnehmer kann außerdem mit einer zusätzlichen Codierung an den LWL angeschlossen
werden. Die weitere Verteilung der Signal beim Teilnehmer kann über herkömmliche
Leitungen eri() I (lell .
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Ein Ausführungsbeispiel des Erfindungsgegenstandes ist in den Zeichnungen
dargestellt.
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1 ze- i c e n ig. 1 eine schematische Gesamtansicht eines Breitbandnetzes
nach der Erfindung.
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Fig. 2 einen Querschnitt durch einen Teil der Übertragungsstrecke
in vergrößertem Maßstab.
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Fig. 3 schematisch einen Teil des hinter einem Aufteilungspunkt liegenden
Netzes.
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Die von einem Sender S ausgehenden nachrichtentechnischen Signale
werden zunächst über eine im Erdboden angeordnete Kabelstrecke 2 bis zu einem Aufteilungspunkt
A übertragen. In dieser Kabelstrecke liegt eine variable Anzahl von LWL-Kabeln.
Diese Anzahl richtet sich danach, wieviel Teilnehmer hinter dem Aufteilungstrunkt
A mit dem Sender S verbunden werden sollen. Der Aufteilungspunkt A wird dementsprechend
möglichst nahe und zentral bis zu einem Gebiet geführt, in dem eine große Anzahl
von Teilnehmern vorhanden ist. Die Kabelstrecke 2 wird in Stadtgebieten vorzugsweise
in den Bürgersteigen verlegt. Einzelne Teilstrecken der Kabelstrecke werden in Schächten
miteinander verbunden, die ebenfalls im Bürgersteig angeordnet und mittels Deckeln
verschließbar sind. Die LWL-Kabel werden im Erdboden vorzugsweise in Vorrichtungen
verlegt, deren genauerer Aufbau beispielsweise aus Fig. 2 hervorgeht. Vom Aufteilungspunkt
A ab werden einzelne LWL 3 jeweils zu einer Gruppe von Teilnehmern 4 geführt, die
alle an nur einen LWL angeschlossen werden. Hierauf wird in der genaueren Darstellung
in Fig. 3 eingegangen.
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Die Vorrichtungen zur Aufnahme der LWL-Kabel können aus einzelnen
Kunststoffrohren bestehen, die einzeln oder zu einer Einheit verbunden neben- oder
übereinander im Erdboden angeordnet sein können. Die Vorrichtungen können jedoch
auch Kabelformsteine sein, in denen beispielsweise vier Kanäle nebeneinander angeordnet
sind. Derartige Kabelformsteine können zusätzlich auch übereinander angeordnet werden.
Der Abstand zwischen zwei Schächten, zwischen denen diese Vorrichtungen verlegt
sind, richtet sich nach den jeweiligen Gegebenheiten, in denen die LWL-Kabel verlegt
werden sollen. Ein Durchschnittswert für diesen Abstand liegt etwa bei 100 m.
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Eine solche Vorrichtung kann nun beispielsweise entsprechend der Darstellung
in Fig. 2 aus vier Kunststoffrohren 5 und 6 bestehen, die mittels mechanischer Befestigungselemente
7 zu einer einheit zusammengefaßt sind. Diese Rohre werden im Verbund im Erdboden
verlegt, und zwar jeweils zwischen zwei Schächten. Zum met nischen Schutz und zur
Befestigung der Kunststoffrohre können dieselben auch in Zement eingebettet werden.
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Im dargestellten Ausführungsbeispiel sind in den beiden Kunststoffrohren
5 jeweils sieben Rohre 8 angeordnet, deren Durchmesser wesentlich kleiner als der
lichte Durchmesser der Kunststoffrohre 5 ist. Diese sieben Rohre sind vorzugsweise
zu einem flexiblen Bündel zusammengefaßt, das auf Spulen aufwickelbar ist.
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Sie werden als Einheit in die Kunststoffrohre 5 eingezogen. Hierdurch
wird der große Kanal der Kunststoffrohre 5 in sieben kleinere Kanäle unterteilt,
in welche LWL-Kabel eingezogen werden können.
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Um dieses Einziehen zu erleichtern, werden die Rohre 8 zweckmÇini9
von vornherein mit zugfesten Elementen ausgerüstet, all welt(n die LWL-Kabel zum
Einziehen befestigt werden können.
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Die Abmessungen der vorzugsweise aus Kunststoff bestehenden Rohre
8 können so gewählt werden, daß in jedes der Rohre beispielsweise ein LWL-Kabel
mit sechs LWL hineinpaßt. Für ein relativ großes Versorgungsgebiet reichen dann
beispielsweise schon vier solcher LWL-Kabel aus, so daß lediglich vier Rohre 8 zu
belegen-sind. Die drei anderen Rohre können frei bleiben. Sie stehen dann für Ersatzzwecke
zur Verfügung.
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Der Aufbau der LWL-Kabel, welche in die Rohre 8 eingezogen werden
sollen, ist beliebiq. Die Anzahl der l.WI ist eb(nfz s b< Ii i j.
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So reicht es prinzipiell auch aus, wenn ein solches LWL-Kabel mit
nur einem LWL eingezogen wird. Das LWL-Kabel muß nur so beschaffen sein, daß es
in ein Rohr 8 eingezogen werden kann.
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Weiterhin ist es möglich, für das Bündel aus Rohren 8 auch Rohre mit
unterschiedlichen Durchmessern zu verwenden, so daß auch LWL-Kabel mit unterschiedlichen
Durchmessern eingezogen werden können.
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Bei dem Ausführungsbeispiel nach Fig. 2 ist ein Verbund von vier Kunststoffrohren
5 und 6 gezeigt. Die beiden Kunststoffrohre 6 werden entsprechend den vorangehenden
Ausführungen nicht mehr für LWL-Kabel benötigt. Sie können daher für andere Versorgungsleitungen
ausgenutzt werden. So ist es beispielsweise möglich, in die beiden Kunststoffrohre
6 Starkstromkabei einzuziehen. Auf Beeinflussungsfragen braucht hier keine Rücksicht
genommen zu werden, da die Seele der LWL-Kabel metallfrei ausgeführt werden kann.
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Andere Versorgungsleitungen können prinzipiell auch Gas- und Wasserrohre
sein. Durch das gemeinsame Verlegen unterschiedlicher Versorgungsleitungen kann
hier eine aus volkswirtschaftlichen Gründen anzustrebende günstige Kostenaufteilung
erreicht werden.
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Statt der Kunststoffrohre 5 und 6 können auch Kabelformsteine mit
entsprechenden Kanälen verwendet werden. In diese Kanäle kann wiederum ein Verbund
von Rohren 8 eingezogen werden, wobei auch hier wieder jeweils sieben solcher Rohre
verwendet werden können.
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Auch hier wird für die LWL-Kabel nur ein Teil der Kanäle benötigt,
während die anderen Kanäle wieder für andere Versorgungsleitungen zur Verfügung
stehen.
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Das Bündel aus Rohren 8 wird im Wege der Vorfertigung hergestellt.
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Es werden hierzu geeignete Rohre aus Kunststoff zu einer Einheit zusammengefaßt,
und zwar vorzugsweise dadurch, daß diese Rohre miteinander verseilt werden. Für
die Verseilung sollte ein möglichst langer Schlag angewendet werden, damit beim
Einziehen der tWL-Kabel in die Rohre 8 keine zu großen Reibungskräfte auftreten.
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Is ist- jedoch auch möglich, die Rohre 8 parallel zueinander mittels
mechanischer Befestigungselemente zu einer Einheit zu verbinden.
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Diese Einheit kann zusätzlich auch von einem gemeinsamen Mantel 9
umgeben sein.
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Vom Aufteilungspunkt A gehen - wie bereits erwähnt - einzelne LWL
oder jeweils zwei parallele Fasern für beide Übertragungsrichtungen zu einer Gruppe
von Teilnehmern 4 aus. In Fig. 3 sind sieben Teilnehmer 4 eingezeichnet, die alle
an den einen LWL 3 angeschlossen sind. Für den Aufbau dieses Teils des Breitbandnetzes
wird beispielsweise so vorgegangen, daß der LWL 3 zunächst bis zu dem
räumlich
nächsten Teilnehmer 41 geführt wird. Der LWL kann zwischen Aufteilungspunkt A und
Teilnehmer 41 im Erdboden verlegt werden. Es ist jedoch auch möglich, den LWL an
Masten iufzuhängen. Die Verlegung über dem Erdboden bietet sich insbesondere als
vorläufige Lösung mit geringem Aufwand an. Sie ist jedoch auch für eine dauernde
Installation geeignet, da der LWL wegen seines geringen Durchmessers optisch kaum
stört.
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Nachdem der Teilnehmer 41 mit einem geeigneten, möglichst verlustarmen
Koppler an den LWL 3 angeschlossen ist, wird der LWL zum Teilnehmer 42 weitergeführt,
was wiederum im Erdboden oder an Masten erfolgen kann. Danach kann der LWL zum Teilnehmer
43 und zu weiteren, nachfolgenden Teilnehmern weitergeführt werden.
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Jeweils das Ende des LWL, an welchem der letzte Teilnehmer angeschlossen
ist,kann auch als "Endverzweiger" (EV) bezeichnet werden, da jeder Teilnehmer mit
einem "VerzweicWer" nri clel IWI .8llcle schlossen wird. Dieser Aufbau des Teilnetzes
karin also als "wandernder EVZ" bezeichnet werden, da der EVZ immer mit einem neu
anzuschließenden Teilnehmer mitwandert.
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Dieser Teil des Netzes kann allerdings auch so aufgebaut werden, daß
der LWL 3 nicht immer weitergeführt bzw. verlängert wird. Es ist'auch möglich, jeden
neuen Teilnehmer bei dem ihm räumlich nächsten, bereits angeschlossenen Teilnehmer
mit einem eigenen Verbindungs-LWL anzuschließen. So liegen zwar die Teilnehmer 41
bis 45 in Fig. 3 alle hintereinander am LWL 3, jedoch ist der Teilnehmer 46 beim
Teilnehmer 41 angeschlossen, der ihm räumlich näher als der Teilnehmer 45 ist. Das
gleiche gilt für den Teilnehmer 47 bezüglich des Teilnehmers 42.
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Jeder der Teilnehmer 41 bis 47 wird mit einer eigenen, möglichst verlustarmen
Koppelstelle und über einen opto/elektrischen Wandler an den LWL 3 angeschlossen.
Die Anschlußstellen sollen in den in Fig. 3 eingezeichneten Kästchen angeordnet
sein. Da jedem Teilnehmer aus dem breiten Frequenzband des LWL 3 ein bestimmtes,
schmaleres Frequenzband zugeordnet ist, wird jeder Wandler auf ein anderes Frequenzband
eingestellt. Eine Codierschaltung und die Anordnung der Anschlußstellen und Wandler
an gut abge-
sicherten Stellen bieten ausreichenden Schutz gegenüber
Abhörversuchen. Um eine weitere Sicherheit gegen Abhören zu erzielen, wie es bei
herkömmlichen Netzen durch den Zugang zum EVZ und anderen Stellen im Netzaufbau
bzw. durch die hohe Verstärkung der Signale von Nachbaradern möglich ist, kann bei
jedem Teilnehmer eine Sperre für die anderen Frequenzen angebracht sein.
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I)ie Anzahl der an einen LWL 3 anschließbaren Teilnehmer ist einerseits
durch die Breite der Frequenzbänder und andererseits durch die Verluste in den Anschlußstellen
beschränkt. Wenn alle bisher möglichen breitbandigen Dienste mit Rückkanal für alle
Teilnehmer ermöglicht werden sollen, dann ist die Anzahl der an einen LWL anzuschließenden
Teilnehmer auf etwa zwölf Teilnehmer beschränkt.
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In den vorangehenden Ausführungen wurde die Erfindung fur die analoge
Signalübertragung erläutert. Das Breitbandnetz ist jedoch ohne jede Einschränkung
auch für die digitale Signalübertragung verwendbar. Jeder Teilnehmer ist dann mit
einem Gerät ausgerüstet, das ihm sein ihm zugeordnetes Zeitraster aus dem Datenstrom
auf dem LWL 3 zuführt.