DE3237845A1 - Nachrichtennetz mit optischen kanaelen - Google Patents

Nachrichtennetz mit optischen kanaelen

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DE3237845A1 DE19823237845 DE3237845A DE3237845A1 DE 3237845 A1 DE3237845 A1 DE 3237845A1 DE 19823237845 DE19823237845 DE 19823237845 DE 3237845 A DE3237845 A DE 3237845A DE 3237845 A1 DE3237845 A1 DE 3237845A1
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Ernst-Jürgen Dr.-Ing. Bachus
Bernhard Dr.-Ing. 1000 Berlin Strebel
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Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
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Fraunhofer Institut fuer Nachrichtentechnik Heinrich Hertz Institute HHI
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    • HELECTRICITY
    • H04ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04QSELECTING
    • H04Q11/00Selecting arrangements for multiplex systems
    • H04Q11/0001Selecting arrangements for multiplex systems using optical switching
    • GPHYSICS
    • G02OPTICS
    • G02FOPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F2/00Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light
    • G02F2/002Demodulating light; Transferring the modulation of modulated light; Frequency-changing of light using optical mixing

Description

  • Nachrichtennetz mit optischen Kanälen
  • Die Erfindung bezieht sich auf ein Nachrichtennetz mit optischen Kanälen, die nach dem Heterodyn-Prinzip in großer Zahl bereitgestellt werden.
  • In einem solchen Nachrichtennetz wird das Ubertragungsmedium, ein Lichtwellenleiter, in Lichtträgerfrequenzmulticlextechnik betrieben. Den dort angeschlossenen Teilnehmern werden also über einen einzigen, gemeinsamen Lichtwellenleiter in sehr großer Zahl Kanäle angeboten, auf die sie bei Verteildiensten, z.B. Rundfunkprogrammen, frei und bei Vermittlungsdiensten, z.B.
  • Telefon, Bild-Telefon, Datenverkehr, mit Hilfe einer Vermittlunossteuerunzuoreifen können.
  • Die Erfindung unterscheidet sich damit von den bisher bekannten Systemen der optischen Nachrichtentechnik in einer Weise, die durch Vergleich zum Entwicklunasverlauf in der Rundfunktechnik veranschaulicht werden kann. Hier und dort wurde zunachst der sogenannte Geradeausempfang verwirklicht. Dabei wird auf einer bestimmten Wellenlänge, gegebenenfalls auf einigen - wenigen - bestimmten Wellenlängen, gesendet und empfangen. Mit Hilfe des Uberlagerungsprinzips, das demgegenüber eine wesentlich erhöhte Grenzempfindlichkeit und Selektivität ermöalicht, kann jedoch die Ubertragungskapazität des Mediums vollkommen ausgenutzt werden. Die Vorteile, die dieses Prinzip far die Rundfunktechnik-brachten, sind von überragender, inzwischen aber allgemein wohl bereits in Vergessenheit geratener Bedeutung. Der "Superhet"-Empfänger verhalf der Rundfunktechnik erst zu ihrem eeghtlichen Durchbruch und ist heute dort Standard.
  • Das Heterodyn-Prinzip ist deshalb auch von großem Interesse für optische Kommunikationssysteme. Mehrere Veröffentlichungen, beispielsweise in 'Electronics Letters"Vol 16 (1980) Seiten 179 bis 181, Seiten 709/ 710 und Seiten 826/827, beziehen sich auf spezielle Einzelheiten der benötigten Systemkomponenten, insbesondere auf die thermische Stabilisierung von Halbleiterlasern und auf entsprechende Regelschaltungen. In IEEE Journal of Quantum Electronics Vol. QE-17 Nr 6 Juni 1981 Seiten 919 bis 935 findet sich eine ausführliche Übersicht, in der auf Eigenschaften und Probleme der Systeme und Systemkomponenten eines kohärenten optischen Faserübertragungssystems sehr detailliert eingegangen wird. In den Conference Proceedings,Seiten 7.1-1 bis 7.1-3 der 7. European Conference on Optical Communication, Kopenhagen, 8. bis 11. September 1981, ist eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung für-ein künftiges optisches Heterodyn-System mit Monomodefasern als Übertragungsmedium als Blockschaltbild dargestellt und mit seinen Komponenten, insbesondere auf der Sende-und der Empfangsseite beschrieben.
  • Aus diesen Veröffentlichungen ist als Hauptzielsetzung zu entnehmen, einen Verstärkerabstand bzw. eine Übertragungslänge von etwa 100 km bis 200 km zu erreichen, so daß auf diese Weise z.B. Untersee-Verbindungen realisiert werden können. Dabei wird davon ausgegangen, daß einer Nachrichtenquelle und einer Nachrichtensenke jeweils ein Kanal fest zugeordnet ist.
  • Der Erfindung liegt als Aufgabenstellung die Schaffung eines Nachrichtennetzes mit optischen Kanälen zugrunde, in dem eine große Zahl von Teilnehmern angeschlossen ist, denen schmal- und insbesondere breitbandige Kanäle zur Verfügung zu stellen sind. Dabei sollen diese Kanäle nicht nur für reine Verteildienste, z.B. Fernsehprogramme, sondern auch oder hauptsächlich für individuelle Dienste, z. B. Datenverkehr, Fernsprechen, Fernsehkonferenzen, Bildfernsprechen und dergleichen mehr Verwendung finden. Das bedeutet, eine große Anzahl breitbandiger Kanäle ist nicht nur zu übertragen, sondern auch zu vermitteln. Hierfür kommt es weit weniger auf große Übertragungslängen und viel mehr darauf an, eine flexible Zuteilung von Kanälen bzw einen wahlfreien Zugriff auf die Kanäle zu ermöglichen.
  • Die Lösung dieser Aufgabe ist gemäß der Erfindung gekennzeichnet durch: - eine Laser-Referenzeinheit mit einem Verteiler zur Versorgung von Sende- und Empfangseinrichtungen, die den angeschlossenen Nachrichten-Quellen und -Senken zugeordnet sind, mit einer Lichtträger-Referenz; - durchstimmbare Sendelaser in den Sendeeinrichtungen, mit denen jeweils eine Trägerfrequenz für die Signale bereitgestellt wird, die von den zugeordneten Nachrichtenquellen geliefert werden; - durchstimmbare Lokal laser in den Empfangseinrichtungen, mit denen jeweils eine feste, gleichzurichtende Zwischenfrequenz für die Signale qebildet wird, die für die zugeordneten Nachrichtensenken bestimmt sind; - ein gemeinsames Lichtfrequenzkanaltielfach, über das die Sendeeinrichtungen und die Empfangseinrichtungen verknüpft sind, und durch - Monomodefasern als Übertragungsmedium.
  • Für die Erfindung und ihre Ausführungsformen ist von wesentlicher Bedeutung, daß in der optischen Nachrichtentechnik dem ultrabreiten Medium Glasfaser Aufgaben zugewiesen werden können, die der Äther für die Rundfunktechnik seit langem erfüllt: ein Nachrichtenknoten für viele Kommunikationsteilnehmer zu sein. Angesichts von rechnerisch etwa 250.000 möglichen Breitbandkanälen auf einer Faser zeichnet sich damit eine neuartige Konzeption künftiger Nachrichtennetze ab: die koppelfeldlose Verteilung und Vermittlung der Dienste über Lichtfrequenzkanäle mit heterodynem Vielfachzugriff für alle Teilnehmer. Wegen der großen Gesamtbreite kann hier zudem jeder optische Kanal so großzügig bemessen werden, daß auf eine Unterteilung in Schmal- und Breitbandkanäle verzichtet werden kann. Ähnliches gilt bezüglich Datenreduktionssystemen und Mehrfachausnutzung in Zeitmultiplextechnik oder dergleichen. Andererseits können bei einem derartigen großen Kanalangebot viele Dienste mit geringem Zeitversatz bereitgestellt werden (z.B. ein Spielfilm normaler Dauer auf ca. 100 Kanälen und jeweils ca. 1 Minute Zeitversatz), wodurch sich das utopisch hoch erscheinende Kanalangebot bezüglich der Dienste- bzw. Programminhalte dieser Kanäle wieder beträchtlich verringert.
  • Bei der Erfindung wird also sowohl bezüglich der über tragung als auch bezüglich der Vermittlung vom Heterodyn-Prinzip Gebrauch gemacht. Von überragender und überraschender Bedeutung ist dabei, daß für die Vermittlung kein Verbindungswegenetzwerk im üblichen Sinn benö- tigt wird. Die Durchschaltung eines Verbindungsweges zwischen einer Quelle und einer Senke kann dezentral in den Sende- und Empfangsgeräten erfolgen, indem alle ausgesendeten Träger über das gemeinsame Lichtfrequenzkanalvielfach nach Art eines völlig passiven Knotens an alle angeschlossenen Empfangsgeräte gelangen und dort eine Abstimmung auf den betreffenden Träger vorgenommen wird.
  • Wie bei jeder Durchschaltung kann auch hier zwischen einem steuernden Teil und einem gesteuerten Teil unterschieden werden. Die zu steuernden Teile können sich bei Ausführungsformen der Erfindung in den Sende-und den Empfangsgeräten befinden. Die steuernden Teile können hingegen an einem gemeinsamen, zentralen Ort vorgesehen werden, um nicht nur reine Verteildienste, z.B. Fernsehprogramme, sondern auch individuelle Dienste, z.B. Bildfernsprechen, anbieten zu können.
  • Wie auch in der Runkfunktechnik kommen die Vorzüge des Uberlagerungsprinzips für die optische Nachrichtentechnik bei der Erfindung voll zur Geltung. Durch die Umsetzung des Empfangssignals mittels Lokaloszillator in einen Zwischenfrequenzbereich lassen sich Trennschärfe.
  • und Empfindlichkeit im Vergleich zum Geradeausempfang erheblich verbessern, weil für den Zwischenfrequenzbereich Filter mit sehr hoher Güte bezüglich der Eingangsfrequenz wesentlich einfacher zu realisieren sind. Da bei optischen Kanälen das empfangene Lichtwellensianal mit der Lichtwelle eines lokalen Lasers überlagert und durch Mischung dieser beiden beim Empfänger eine Zwischenfrequenz im Mikrowellenbereich erzeugt wird, braucht die Trennung der Kanäle nicht im optischen Bereich durchgeführt zu werden, in dem wegen der dort erreichbaren Filtersteilheiten der minimale Kanalabstand in der Größenordnung von 10 THz liegt. Im Mikrowellenbereich hingegen mit Filtern wesentlich höherer Güte läßt sich in dem zur Verfügung stehenden Frequenzband bei gleichzeitiger Erhöhung der Empfindlichkeit eine um einige Zehnerpotenzen höhere Anzahl von Trägern bzw. Kanälen als beim "GeradeausemDfang" unterbringen.
  • Um bei dem für die Erfindung wesentlichen wahlfreien Zugriff auf die Kanäle dennoch feste Filter verwenden zu können, müssen die betreffenden Frequenzen in den Sende- und in den Empfangseinrichtungen, bei der Erfindung also die Sendelaser und die Lokallaser, durchstimmbar sein. Derartige Laser befinden sich in der Entwicklung und werden zweifellos bei dem stürmischen technologischen Fortschritt auf diesem Gebiet von der Bauelemente-Industrie bald in ausreichender Quantität und Qualität angeboten.
  • Zur Bildung einer Zwischenfrequenz muß bekanntlich eine unmodulierte Welle herangezogen werden, die in der Rundfunktechnik in den Empfängern selbst erzeugt wird.
  • Dies kann im Prinzip so auch bei Ausführungsformen der Erfindung erfolgen, wird aber aus den nachfolgend näher erläuterten Umständen modifiziert. Es wird eine dazu geeignete Lichtträgerfrequenz-Referenz zur Verfügung gestellt, von der sich die verschiedenen Frequenzen, durchaus auch mit unterschiedlichen Trägerfrequenzabständen, für die Sende- und die Empfangseinrichtungen ableiten lassen. Die Gründe hierfür liegen ins- besondere in Anforderungen an die Stabilität der zu erzeugenden Frequenzen und in dem dienstespezifischen Bandbreitenbedarf.
  • Daß für die Vermittlung der Kanäle bei der Erfindung kein Verbindungswegenetzwerk im üblichen Sinne benötigt wird und für die Verknüpfung der Sende- und der Empfangseinrichtungen ein völlig passives gemeinsames Lichtfrequenzkanalvielfach vorgesehen ist, kann wiederum durch einen Vergleich zur herkömmlichen Rundfunktechnik erläutert werden. Dort bildet der Äther das passive Frequenzvielfach für die nicht an Leitungen gebundenen Radio-Wellen, hier ist es dementsprechend ein festes, Lichtwellen leitendes Medium, in das alle ausgesendeten Frequenzen eingekoppelt und aus dem alle zu empfangenden Frequenzen, mit wahlfreiem Zugriff ausgekontelt werden können.
  • Bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung kann die Laser-Referenzeinheit ein festes Lichtträger-Referenzraster erzeugen. In den mit der Lichtträger-Referenz zu versorgenden Sende- und Empfangseinrichtungen kann auf diese Weise eine einfache Synchronisierung auf die zugeteilte Frequenz erfolgen.
  • Obwohl der Zugriff auf die Kanäle auch rein dezentral erfolgen könnte, d.h. jeder Sender sucht sich selbst einen freien Kanal und der oder die betreffenden Empfänger überwachen das gesamte Kanalangebot selbsttätig auf für sie bestimmte Nachrichten, ist bei komfortableren Ausstattungen derartiger moderner Nachrichtennetze eine zentrale ttberwacbun und der PrXifun(t untlm(län lich. Nicht nur aus diesem Grunde ist es bei Auführungsformen der Erfindung vorteilhaft, einen zentralen Rechner für die Zuordnung und Verwaltung von Kanälen vorzusehen. Die dort zu erfüllenden Aufgaben beschränken sich nicht nur auf die Signalisierung während des Aufbaus und zur Auslösung einer Verbindung.
  • Für reine Verteildienste, bei denen eine Vielzahl von Empfängern auf einen einzigen Sender abgestimmt wird, kann die Zuweisung betreffender Kanäle ohnehin einfür allemal fest vorgegeben werden. Für individuelle Dienste, insbesondere auch für Konferenzschaitungen, empfiehlt sich hingegen eine flexible Kanalzuweisung und -verwaltung, die beispielsweise für ein Nachrichtennetz in der Ortsebene auch örtlich in einer gemeinsamen Vermittlungsstelle untergebracht werden sollte.
  • Sofern keine langen Übertragungswege im Bereich der Vermittlung auftreten, was bei der Grundform der Erfindung der Fall ist, brauchen nicht einmal die Grenzen der bevorzugten dämpfungsarmen Übertragungsbreite einer Monomodefaser beachtet zu werden, d.h. zumindest die Ultra- und Infra-Grenzbereiche sind ebenfalls nutzbar. Auch ohne dies ergibt sich bei bevorzugten Ausführungsformen der Erfindung durch breitbandige Kanäle mit einem gegenseitigen Lichtträgerabstand im GHz-Bereich, z.B. 2 GHz entsprechend etwa 0,007 nm bei X = 1 m, eine Kapazität von mehreren zehntausend Kanälen.
  • Der Verteiler, über den die Empfangs- und Sendeeinrichtungen mit der Lichtträger-Referenz versorgt werden, kann als einfacher optischer Sternkoppler ausgebildet sein. Obwohl solche Sternkoppler unvermeidliche Verluste aufweisen, lassen sich diese durch die hohe Emp- findlichkeit beim Heterodyn-Prinzip leicht kompensieren, so daß die Lichtträger-Referenz-Versorgung mit derartig einfachen Mitteln möglich ist.
  • Entsprechende Voraussetzungen gelten auch für das gemeinsame Lichtfrequenzkanalvielfach, das für die Verknüpfung der Sende- und Empfangseinrichtungen ebenfalls bei vorteilhaften Ausführungsformen der Erfindung als optischer Sternkoppler ausgebildet sein kann. Die Verknüpfung kann selbstverständlich mit jedem monomodal leitenden Medium, so auch im Bedarf fall mit einem räumlich weit verteilten, verzweigten Fasernetzwerk herbeigeführt werden. Derartige Fasernetzwerke sind für diesen Zweck weitestgehend strukturunabhängig.
  • Einschränkungen bestehen beispielsweise insoweit, als unerwünschte Reflexionen zu vermeiden sind.
  • Aus Gründen der Betriebssicherheit aber auch zur Abwicklung der Verwaltungsaufgaben bei der Kanalvermittlung empfiehlt es sich, bei Ausführungsformen der Erfindung dem zentralen Rechner eine eigene Empfangseinrichtung zuzuordnen. Diese ist, wie auch alle anderen Empfangseinrichtungen, an das gemeinsame Lichtfrequenzkanalvielfach anzuschließen, so daß damit der gesamte im Netz abgewickelte Verkehr laufend, d.h. jeder Kanal stichprobenartig überwacht werden kann.
  • Die einzelnen Systemkomponenten, seien es Regelschaltungen, durchstimmbare Laser, Svnthetisierschaltungen usw., also sowohl rein elektronische als auch optoelektronische Bauteile sollten in integrierter Technik aufgebaut sein. Bei entsprechender Konzeption können dadurch insbesondere modulare Einheiten für die Sende- und Empfangseinrichtungen gebildet werden In der Zeichnung sind Ausführungsformen der Erfindung schematisch dargestellt. Dabei zeigen: Fig. 1: ein Blockschaltbild einer Vermittlungsstelle für optische Kanäle; Fig. 2: Schaubilder für Kanalbelegungen eines Lichtwellenleiters, nämlich: a) für optische Einkanalübertragung, b) für A-Multinlex (ca. 40 Kanäle), c) für Lichtfrequenzmultiplex (ca. 250.000 Kanäle).
  • Fig. 3: Prinzipdarstellung der Funktionsweise des optischen Heterodynempfangs, Fig. 4: Blockschaltbild, ähnlich Fig. 1, für ein Vermittlungsnetz mit Sternstruktur, Fig. 5: Prinzipdarstellung eines Vermittlungsnetzes mit Linienstruktur und Fig. 6: Blockschaltbild für ein Verteilnetz mit Sternstruktur.
  • In einem Nachrichtennetz gemäß Fig. 1 sind Teilnehmerstationen A, B ... z.B. über Monomodefasern an eine Vermittlungsstelle oder Zentrale angeschlossen. Die Teilnehmerstationen sind mit verschiedenartigen Endgeräten, insbesondere solchen für Breitbanddienste wie Fernsehprogramme und Bildfernsprechen ausrüstbar. Für jedes Endgerät ist in der Vermittlungsstelle bzw. Zentrale ein optischer Richtkoppler K vorzusehen, über den die optischen Signale, die für ein Endgerät bestimmt sind oder von dort geliefert werden, von bzw. zu den betreffenden Empfangseinrichtungen R, Sendeeinrichtun- gen T und Steuergeräten C geführt werden. Ein Steuergerät C kann für mehrere Empfangs einrichtungen R und Sendeeinrichtungen T einer Teilnehmerstation A, B ... zuständig sein.
  • Eine Laser-Referenzeinheit, mit Ref.-Gen. bezeichnet, erzeugt die Lichtträger-Referenz, die allen Empfangseinrichtungen R und Sendeeinrichtungen T über einen optischen Verteiler D zugeführt wird. Die Sendeeinrichtungen T speisen die bei ihnen modulierten Trägerfrequenzen in das Lichtfrequenzkanalvielfach S. Jedes Empfangssignal erscheint an allen Ausgängen, die zu den Empfangseinrichtungen R, R* führen. Die durch Doppellinien dargestellten Verbindungen sind optische Verbindungswege (Monomodefasern), als einfache Striche dargestellte Leitungen können auch elektrische Signalleitungen sein. Die eingezeichneten Pfeile geben die Richtung des Signaltransports an. Aus Gründen der übersichtlichkeit sind die Einrichtungen, die zu jeder Teilnehmerstation gehören, nur für zwei Teilnehmer A und B dargestellt.
  • Nachfolgend wird zur näheren Erläuterung der Fig.1 eine Bildfernsprechverbindung zwischen dem sendenden Teilnehmer A und dem empfangenden Teilnehmer B beschrieben.
  • Der Teilnehmer A gibt eine Dienstekennung und seinen Zielteilnehmer z.B. als Ziffernfolge über sein Endgerät ein. Diese Signale gelangen über den betreffenden optischen Richtkoopler K an das zugehörige Steuergerät C und von dort aus mit der Absenderadresse an den zentralen Rechner CPU in der Vermittlungsstelle. Der zentrale Rechner CPu prüft, ob der gerufene Teilnehmer B frei oder besetzt ist. Teilnehmer B sei frei, wird gerufen und meldet sich. Der zentrale Rechner CPU teilt ein freies Kanalpaar (fi, fj) zu und gibt diese Informationen an die beiden betreffenden Steuergeräte C. Die Steuergeräte C veranlassen ihre Sendeéintithfungen T und Empfangseinrichtungen R, auf die Kanäle i und j einzurasten. Die Frequenzen fi und fj sind im Lichtträger-Referenzraster der Frequenzen fR enthalten. Damit ist die Verbindung aufgebaut. Der Nachrichtenaustausch - Bild und Ton - vom Teilnehmer A zum Teilnehmer B findet auf der Trägerfrequenz fi, in der Gegenrichtung auf der Trägerfrequenz fj statt. Das Ende der Verbindung wird z.B. durch Auflegen des Handapparates eines der beiden Teilnehmer A oder B ausgelöst.
  • Das Empfangsgerät R* - sowie ein Sendegerät T*, das hier nicht dargestellt ist - dienen -insbesondere der Überwachung der ordnungsgemäßen Belegung der Kanäle.
  • Derartige Ausführungsformen der Erfindung sind universell einsetzbar, d.h. sie sind sowohl für kleine Anlagen (Nebenstellenanlagen, Inhouse-Kommunikationsnetze) als auch für schnelle Rechner"7erbundsysteme, Bussysteme und dergleichen geeignet.
  • Die Fig. 2 veranschaulicht die Fortschritte der optischen Nachrichtentechnik bezüglich der Ausnutzung der Übertragungskapazität eines Lichtwellenleiters.
  • Zunächst wurde nur ein Lichtträger über eine Faser gesendet (Fig. 2 a).
  • Danach kamen Bestrebungen, die Übertragungskapazität der Faser durch die X-Multiplextechnik besser auszunutzen, indem mehrere Lichtträger unterschiedlicher Wellenlänge gleichzeitig über die Faser übertragen (Fig. 2 b) und am Faserausgang durch optische Filter wieder getrennt werden. Beim derzeitigen Stand der Filter- und Lasertechnik müssen die Lichtträger A n wenigstens einige zehn Nanometer auseinandern liegen, um eine sichere Trennung zu ermöglichen. Wählt man einen Wellenlängenabstand von z.B. 30 nm (entsprechend etwa 10 THz), so lassen sich in dem dämpfungsarmen Wellenlängenbereich von 0.7 bis 1.8 vm einer modernen Monomodefaser etwa 40 Lichtträger unterbringen.
  • Die -Multiplextechnik entspricht in der Rundfunktechnik dem Geradeausempfang, auch dort werden die empfangenen Signale durch Hochfrequenzfilter getrennt.
  • Beim optischen Heterodynempfang (Fig. 2 c) werden die Kanäle nicht mehr im optischen Bereich getrennt - wie bei der A-Multiplextechnik - sondern mit Hilfe einer Zwischenfrequenz, die z.B. im Mikrowellenbereich liegen kann. Im Mikrowellenbereich lassen sich, gemessen an der Lichtfrequenz, Filter mit sehr hoher Steilheit realisieren. Wählt man einen Lichtträgerabstand von z.B. 1 GHz, so lassen sich über eine Faser etwa 250.000 Lichtträger übertragen und mit Hilfe des Heterodynprinzips am Empfangsort wieder trennen.
  • Fig. 3 zeigt das Prinzip eines optischen Überlagerungsempfängers. Auf einen optischen Detektor mit lichtleistungsproportionalem Ausgangsstrom (z.B. PIN-Dioden) laufen über einen Faserrichtkoppler (Auskoppelfaktor k) die Lichtsignalwellengröße as und die Lokallaserwellengröße aL zu, Er liefert ein Signal bei einer Zwischenfrequenz.
  • Die Umsetzung in den Zwischenfrequenzbereich erfolgt proportional zu dem Produkt der Wellengrößen, sofern a und aL gleiche Feldform und Polarisation haben, also -s -L räumlich kohärent sind. Ebenso ist es notwendig, die Laserfrequenz so zu stabilisieren, daß sich zeine konstante Zwischenfrequenz ergibt.
  • Fiq. 4 zeigt schematisch eine Ausführungsform der Erfindung, bei der das Heterodynprinzip ausschließlich zur koppelpunktfreien zentralen Vermittlung in einem Sternnetz eingesetzt wird. Die Übertragung auf den Teilnehmeranschlußleitungen kann hier in konventioneller Weise erfolgen.
  • In der Zentrale ist jedem Teilnehmer A, B, ... ein Sende- und Empfangsmodul M zugeordnet, mit dem er auf ein optisches Frequenzvielfach (optischer Sternkoppler S) Zugriff erhält. Die innere Seite jedes teilnehmereigenen Moduls M besitzt einen durchstimmbaren Sendelaser mit Modulator und einen ebenfalls durchstimmbaren Empfangslokallaser. Alle Module M senden auf die Eingangsseite des Sternkopplers S und sind an dessen Ausgang mit dem gesamten Nachrichtenstrom verbunden, filtern aber mittels Heterodynempfang nur den für sie bestimmten Kanal aus. Zur Unterteilung des Frequenzbereichs in verschiedene Kanäle wird von einem Referenzgenerator Ref.Gen. über einen Sternkoppler D4ein Trägerfrequenzraster ausgesendet, auf das sich die Teilnehmermodule M synchronisieren. Der Prozeßrechner Comp.
  • hat die Aufgabe, die freien Lichtkanäle für die Verbindungen auszuwählen, die Teilnehmer zu veranlassen, ihre Stationen auf diese Kanäle einzustellen und die Kanalbelegungen zu überprüfen. Über den Rechner Comp. läßt sich bequem eine Videokonferenz zwischen mehreren Teilnehmern durch entsprechende Abstimmbefehle des Rechners Comp. an die Heterodynempfänger schalten.
  • In einem Liniennetz gemäß Fig. 5 werden alle Teilnehmer A, B, ... über eine einzige Faser miteinander verbunden. Jedem Sendelaser eines jeden Teilnehmers wird bei Bedarf eine Lichtfrequenz zugeordnet, alle Sendefrequenzen werden auf die Frequenz des Referenzlasers bezogen, der sich in der Zentrale befindet. Jeder Teilnehmer überwacht die Nachrichten aller anderen Teilnehmer und entnimmt nur die, die für ihn bestimmt sind. Die Verbindung der Teilnehmer A und B kann auch über einen-Rechner in der Zentrale vermittelt werden, der dann die entsprechenden Abstimmbefehle an die Heterodynempfänger der Teilnehmer gibt.
  • Ein fasersparendes Liniennetz mit Zeitmultiplextechnik und optischer übertragungstechnik mit Geradeausempfang versagt, sobald viele Teilnehmer breitbandige Nachrichten austauschen. Aus der Summeninformation aller Teilnehmer resultiert eine entsprechend hohe über tragungsgeschwindigkeit auf der Faser und eine entsprechend hochratige Elektronik bei jedem Teilnehmer.
  • Diese Probleme lassen sich überwinden, wenn statt der Basisband-Zeitmultiplextechnik die optische Frequenzmultiplextechnik gemäß der Erfindung eingesetzt wird.
  • Ein solches Liniennetz, das die Bandbreite der Faser durch eine kohärente optische Übertragungstechnik vollkommen ausnutzen kann, gestattet einer großen Teilnehmerzahl den Austausch von breitbandiger Information; eine Erweiterung des Netzes durch zusätzliche Teilnehmer erfordert nur einen entsprechend höheren E)urchstimtnbereich für die einzelnen Heterodynempfänger.
  • Zur Verteilung von z.B. 100 Fernsehsignalen wird gemäß Fig. 6 in der Zentrale jedem Fernsehkanal ein Lichtträger X 00 zugeordnet. über einen Sternkoppler S werden alle Lichtträger in die Teilnehmeranschlußleitungen eingespeist. Jeder Teilnehmer verfügt über einen optischen Heterodynempfänger, die Auswahl der verschiedenen Fernsehprogramme erfolgt bei konstanter Zwischenfrequenz mit einem durchstimmbaren Lokallaser.
  • Die durch die Leistungsaufteilung im Sternkoppler erzeugte Dämpfung der Signalpegel auf den Teilnehmeranschlußleitungen wird teilweise durch die erhöhte Empfindlichkeit der Heterodynempfänger kompensiert.
  • Sind optische Verstärker als Standardbauelemente verfügbar - beispielsweise mit Hilfe der Integrierten Optik auf einem Chip gefertigt - könnten diese z.B.
  • zwischen dem Sternkoppler S und den Teilnehmeranschluß leitungen angeordnet werden.
  • Leerseite

Claims (9)

  1. Patentansprüche 1.'Nachrichtennetz mit optischen Kanälen, die nach dem Heterodyn-Prinzip in großer Zahl bereitgestellt werden, g e k e n n z e 1 c h n e t d u r c h - eine Laser-Referenzeinheit (Ref.-Gen) mit einem Verteiler (D) zur Versorgung von Sende- (T) und Empfangs- (R) Einrichtungen, die den angeschlossenen Nachrichten-Quellen und -Senken zugeordnet sind, mit einer Lichtträger-Referenz; - durchstimmbare Sende laser in den Sendeeinrichtungen (T), mit denen jeweils eine Trägerfrequenz für die Signale bereitgestellt wird, die von den zugeordneten Nachrichtenguellen geliefert werden; - durchstimmbare Lokallaser in den Empfangseinrichtungen (R), mit denen jeweils eine feste, gleichzurichtende Zwischenfreauenz für die Signale gebildet wird;' die für die zugeordneten Nachrichtensenken bestimmt sind; - ein gemeinsames Lichtfreguenzkanalvielfach (S), über das die Sendeeinrichtungen (T) und die Empfangseinrichtungen (R) verknüpft sind, und durch - Monomodefasern als übertragungsmedium.
  2. 2. Nachrichtennetz nach Anspruch 1, gekennzeichnet durch eine Laser-Referenzeinheit (Ref.-Gen), die ein festes Lichtträger-Refere,nz;r.aster erzeugt.
  3. 3. Nachrichtennetz nach Anspruch 1 oder 2, gekennzeichnet durch einen zentralen Rechner (CPU) für die Zuordnung und Verwaltung von Kanälen.
  4. 4. Nachrichtennetz nach einem der Ansprüche 1 bis 3, gekennzeichnet durch breitbandige Kanäle mit einem gegenseitigen Lichtträgerfrequenzabstand im GHz-Bereich.
  5. 5. Nachrichtennetz nach einem der Ansprüche 1 bis 4, gekennzeichnet durch einen Verteiler (D) für die Lichtträgerfrequenz-Referenz, der als optischer Sternkoppler ausgebildet ist.
  6. 6. Nachrichtennetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein gemeinsames Lichtfrequenzkanalvielfach (S) für die Verknüpfung der Sendeeinrichtungen (T) und Empfangseinrichtungen (R), das als optischer Sternkoppler ausgebildet ist.
  7. 7. Nachrichtennetz nach einem der Ansprüche 1 bis 5, gekennzeichnet durch ein Lichtfrequenzkanalvielfach (S), das als räumlich weit verteiltes, verzweigtes Fasernetzwerk ausgebildet ist.
  8. 8. Nachrichtennetz nach einem der Ansprüche 1 bis 7, gekennzeichnet durch eine Empfangseinrichtung(R*), die für Uberwachungsaufgaben dem zentralen Rechner (CPU) zugeordnet ist.
  9. 9. Nachrichtennetz nach einem der. Ansprüche 1 bis 8, gekennzeichnet durch Systemkomponenten, die in integrierter Technik aufgebaut sind.
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