DE3425927A1 - Netzwerk mit mehrfachzugriff - Google Patents

Description

Beschreibung

Netzwerk mit Mehrfachzugriff

Die Erfindung betrifft allgemein· Netzwerke mit Mehrfachzugriff sowie in derartigen Netzwerken zum Einsatz gelangende Abzweigungen oder Anzapfstellen.

Dämpfungsarme Abzweigungen sind wesentliche Bauteile eines örtlichen Verteilernetzes mit Mehrfachzugriff, An jedem Knoten derartiger Netze fängt eine Abzweigung einen kleinen Anteil des durchgehenden Signals ab und koppelt den Anteil auf einen lokalen Empfänger. Gleichzeitig dient die Abzweigung auch dazu/ einen lokalen Sender an das Netz zu koppeln. Vorteilhafterweise wird der Kopplungskoeffizient des Kopplers niedrig gemacht, da man bestrebt ist, die Verluste entlang des durchgehenden Signalwegs möglichst gering zu halten. Eine zu starke Dämpfung würde die Anzahl von in dem Netz vorzusehenden Knoten beträchtlich einschränken. Andererseits setzt ein niedriger Kopplungs-

-A-

koeffizient jedoch die Wirksamkeit herab, mit der der örtliche Sender an dr.s Netzwerk gekoppelt wird. Dies wiederum erhöht die erforderliche Ausgangsleistung des Senders.

Diesen verschiedenen, einander zuwiderlaufenden Erfordernissen kann Rechnung getragen werden durch Verwendung aktiver Abzweigungen, in denen ein Teil der an jedem Knoten extrahierten Leistung in einem parallelen Signalweg verstärkt und neu in das Netzwerk eingespeist wird. Hierdurch bietet sich die Möglichkeit, Koppler mit großen Kopplungskoeffizienten zu verwenden und dennoch an jedem Knoten eine geringe Nettodämpfung zu erzielen (vgl. US-PS 4 310 217)

Ein Problem der aktiven Abzweigungen oder Anzapfstellen besteht darin_f daß sie sehr teuer sind. Daher ist man bestrebt, möglichst mit passiven Abzweigungen auszukommen.

Erfindungsgemäß werden eine niedrige Dämpfung und ein hoher Kopplungskoeffizient in einer passiven Abzweigung dadurch erhalten, daß man einen modenselektiven Koppler und einen Modenscrambler verwendet. In einem modenselektiven Koppler wird die Ausbreitungskonstante eines der Ausbreitung sty pen (Moden) in einem der beiden gekoppelten Wellenwege für lediglich einen Ausbreitungstyp (oder eine

Gruppe von Ausbreitungstypen), der von dem anderen gekoppelten Wellenweg geleitet wird, angepaßt. Im Ergebnis wird lediglich die Energie des bevorzugten Schwingungstyps wirksam zwischen den beiden Wellenwegen gekoppelt. Demzufolge läßt sich das Ausgangssignal des örtlichen Senders, der mit dem bevorzugten Schwingungstyp arbeitet, leicht an das Netzwerk ankoppeln. Aufgrund des Modenscramblers jedoch wird die in das Netzwerk eingespeiste Wellenenergie über sämtliche Moden verstreut. Hierdurch wird lediglich ein kleiner Bruchteil des Gesamtsignals mit dem bevorzugten Schwingungstyp an jedem Knoten aus dem Netzwerk extrahiert. Die Erfindung erlaubt mithin eine sehr hohe Kopplungseffizienz beim Einspeisen von Signalen in das Netzwerk, während gleichzeitig der an jedem Knoten entfernte Bruchteil des Gesamtsignals niedrig bleibt. Auf diese Weise werden die beiden oben erläuterten, einander zuwiderlaufenden Erfordernisse erfüllt.

Im folgenden wird eine Ausführungsform der Erfindung anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein Blockdiagramm eines Knotens eines Mehrfachzugriff-Netzwerks und

Fig. 2 eine Ausführungsform einer Abzweigung.

Fig. 1 zeigt einen der Knoten eines Mehrfachzugriff-Netzwerks. Der Knoten enthält eine Abzweigung (Anzapfstelle) 10 mit einem modenselektiven Koppler 11 und einem Modenscrambler 12, einen lokalen Empfänger 14 und einen lokalen Sender 15. Im Betrieb wird ein Teil des sich entlang des durchgehenden Signalwegs 13 fortpflanzenden Multimoden-Signals von dem Koppler 11 extrahiert und an den Empfänger 14 gekoppelt. Der Koppler 11 dient außerdem dazu, das Ausgangssignal des Senders 15 in den durchgehenden Signalweg 13 e inzukoppeIn.

Bei einem herkömmlichen Koppler steht die an den lokalen Empfänger gelieferte Signalleistung P zu der Gesamt-Signalleistung P in dem Signalweg 13 in folgender Beziehang:

^Pr * ^Ps^k14

wobei k_1d der Kopplungskoeffizient zwischen den Kopplerports 1 und 4 ist.

In ähnlicher Weise ist die Leistung P., die zwischen dem Sender 15 und dem Signalweg 13 gekoppelt wird, durch folgende Beziehung gegeben:

P₁ = P_ok₂₃ (2)

— π —

wobei P die Sender-Ausgangsleistung und Jc₃₃ der Kopplungskoeffizient zwischen den Kopplerports 2 und 3 ist.

Bei den herkömmlichen passiven Abzweigungen ist k₁₄ vorteilhaft viel kleiner als Eins. Aufgrund der Reziprozität ist jedoch k... = k₂₃ vorgegeben, so daß P für einen gegebenen Pegel P. eines eingespeisten Signals groß sein muß. Um dies zu vermeiden, wird erfindungsgemäß ein modenselektiver Koppler verwendet, derart, daß die Kopplungskoeffizienten k₁. und k„₃ nur für einen oder eine kleine Gruppe von Moden groß, für alle übrigen Moden jedoch klein sind. Aufgrund dieser Ausgestaltung können k₁₄ und k„_ relativ groß sein. Wenn k„₃ z. B. den Wert 0,5 hat, so wird bis zur Hälfte der Sender-Ausgangsleistung in der bevorzugten Schwingungsart in den durchgehenden Signalweg eingespeist. Befindet sie sich erst einmal in dem durchgehenden Signalweg, so wird sie von dem Modenscrambler 12 über sämtliche Moden verstreut, die von dem Signalweg -geleitet werden können. Da typische Mehrmodenfasern bis zu einigen hundert Schwingungstypen übertragen können, unterteilt sich die eingespeiste Leistung P. unter diesen vielen Schwingungstypen, so daß die Leistung jedes Schwingungstyps im Mittel nur P./N beträgt, wobei N die Anzahl der Moden ist. Mithin beträgt in jedem Knoten die aus dem durchgehenden Signalweg extrahierte Leistung nur

^Pr ⁼ (Ρ_±/N)mk₁₄ (3)

wobei in die Anzahl der bevorzugten Ausbreitungstypen (Moden) ^ 1 ist.

Wie aus obiger Gleichung (3) ersichtlich, ist, während die Kopplungskoeffizienten ^₁₂' ^₂? ^^r ^^e k^evorzU(3^ten Ausbreitungstypen relativ größer sind und mithin eine wirksame Kopplung für den Sender ermöglichen, der aus dem Netzwerk an jedem Knoten extrahierte Bruchteil der Gesamtleistung relativ klein und beträgt lediglich (m/N)k₁₄, mit N »m.

Fig. 2 zeigt ein anschauliches Beispiel für eine Abzweigung gemäß der Erfindung. Der modenselektive Koppler 20 umfaßt typischerweise zwei unähnliche Wellenleiterstrukturen 21 und 22, die innerhalb eines Intervalls L in Kopplungsbeziehung zueinander stehen. Es kann sich hierbei um integrierte optische Wellenleiterstreifen handeln, die in ein gemeinsames Substrat eingebettet sind, oder es kann sich wie im dargestellten Beispiel um optische Fasern handeln. Obschon es sich bei beiden Wellenleitern um Mehrmodenfasern handeln kann, soll hier zu Anschauungszwecken angenommen werden, daß es sich bei der dem durchgehenden Signalweg

entsprechenden Faser 22 um eine Mehrmodenfaser handele, wohingegen die Faser 21, welche die Ankopplung an den örtlichen Sender bewirkt, eine Einzelmodenfaser ist. Letztere leitet einen einzigen Ausbreitungs-Schwingungstyp (Mode) mit einer'Ausbreitungs- oder Übertragungskonstanten ß . Die Mehrmodenfaser 22 andererseits leitet eine Vielfalt von Moden mit unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten B₁, ß„, β., ... ß . Erfindungsgemäß werden die Parameter

I £φ J III

der beiden Fasern derart gewählt, daß die Ausbreitungskonstante der Einzelmodenfaser gleich der Ausbreitungskonstanten von nur einer (oder einen kleinen Gruppe) der von der Mehrmodenfaser geleiteten Moden ist, bezüglich der Ausbreitungskonstanten sämtlicher anderer Moden jedoch unterschiedlich ist. Eine Mehrmodenfaser mit folgendem parabolischem Brechungsindexverlauf

η r > a ;

om ' m

besitzt eine Ausbreitungskonstante ß , die durch folgende Beziehung gegeben ist:

r der radiale Abstand von der Fasermitte, n₁ der Brechungsindex bei r = 0, a eine Konstante (d. h. der Kernradius), η der Faserindex für r > a (d. h. der Brechungsindex des Mantels),

Δ = (η., -η l/n. , *τη 1m om 1m' ^₁ die Wellenlänge des Signals im luftleeren Raum, und ρ und ν die Modenzahlen sind.

Weiterhin gilt

a /2Δ~*

ν =

Für eine Einzelmodenfaser mit dem Stufenindexprofil

r<a_s;

·- ^r>as^;

ergibt sich folgende Ausbreitungskonstante ß :

. r 1^ 1

Li + (4+V⁴) ^I/4J

^ßs ⁼ -3™S1⁺A„f1-| I IY (7)

2?n a_£
mit V_- = r¹^-=

^{s n}1s

Die bevorzugten Moden (ρ, ν) sind diejenigen, für die ß_m = ß_s gut.

Als numerisches Beispiel sollen die folgenden Parameter für die Mehrmodenfaser angenommen werden:

^am
λ

ⁿ1m

Eine derartige Faser leitet etwa 30 Moden. Man kann außerdem zeigen, daß der Maximalwert (2p + ν + 1) für die Faser 5,4 beträgt. Wenn man willkürlich (2p + ν + 1) =5 wählt, haben sämtliche Moden, deren Modenzahlen ρ und ν dieser Beziehung genügen, eine Fasernkonstante ß = 7,2165μ

Um die gewünschte Modenselektivxtät zu erhalten, muß auch

ß für die Einzelmodenfaser 7,2165 sein. Wenn wir nun von s

einer Einzelmodenfaser ausgehen, die einen Kernradius von

a = 3,5μηιbesitzt, und bei der zweckmäßigerweise der Mantel-Brechungsindex η = 1,4925 beträgt, so ergibt sich,

OS

daß die Ausbreitungskonstanten für η_Λ = 1,4952 gleich

I S

Es können auch andere Faserausgestaltungen gewählt werden, indem man unterschiedliche Faserparameter und Modenzahlen auswählt.

Das in den durchgehenden Signalweg eingekoppelte Signal wird von dem Modenscrambler 23 über sämtliche Ausbreitungstypen verstreut. Der Modenscrambler 23 kann ein Stück Faser sein, welches speziell so hergestellt wird, daß es eine verstärkte Modenkopplung aufweist, wie es z. B." in der US-PS 3 687 514 beschrieben ist. Derartige Fasern sind speziell so ausgelegt, daß sie Schwankungen in ihrem Übertragungsverhalten aufweisen, die hervorgerufen werden durch Änderungen der physikalischen Abmessungen und/oder der elektrischen Parameter. Die Länge L₁ des Modenscramblers wird so gewählt, daß der gewünschte Pegel an Modenvermischung erreicht wird.

Ein Vorteil der Erfindung ist darin zu sehen, daß der Signalverlust an jedem Knoten klein gemacht werden kann. Hier-

durch läßt sich die Anzahl von insgesamt in dem Netzwerk
möglichen passiven Abzweigungen entsprechend erhöhen
und/oder es kann der Abstand zwischen den einzelnen Abzweigungen größer gemacht werden. Hierdurch läßt sich das Ortsnetz vergrößern, und man kann die Anzahl von Teilnehmern erhöhen.

Abweichend von dem oben beschriebenen speziellen Beispiel können auch andere Arten von modenselektiven Kopplern verwendet werden, siehe z. B. die US-PS 4 060 308, die einen winkelselektiven Koppler zur Verwendung bei optischen Fasern beschreibt.

Leerseite

Claims (3)

BLUMBACH . WESER . BERGEN . KRAMER ZWIRNER·HOFFMANN EUROPEAN PATENT ATTORNEYS IN MÖNCHEN R. KRAMER DIPL-ING. PATENTANWALT W. WESER D1PL.-PHYS. DR. RER. NAT. PATENTANWALT E. HOFFMANN DIPL-ING. PATENTANWALT IN WIESBADEN P. G. BLUMBACH DIPL-ING. PATENTANWALT P. BERGEN PROFESSOR DR. 3UR. DIPL-ING. G. ZWIRNER DIPL-ING. DIPL.-W.-ING. PATENTANWALT AMERICAN TELEPHONE AND TELEGRAPH COMPANY New York, N.Y., USA Wood 1 Patentansprüche

1. Passiver Optokoppler,
gekennzeichnet durch

- einen modenselektiven Koppler (11), der Wellenenergie eines bevorzugten Wellenausbreitungstyps (Mode) zwischen einem ersten Wellenleiter und einem zweiten Wellenleiter koppelt, und

- einen Modenscrambler (12) , der in dem ersten Wellenleiter angeordnet ist, um Wellenenergie zwischen dem bevorzugten Ausbreitungstyp und anderen, von dem ersten Wellenleiter geleiteten Ausbreitungstypen zu koppeln.

2. Optokoppler nach Anspruch 1,

dadurch gekennzeichnet , daß der erste Wellenleiter dem zweiten Wellenleiter unähnlich

Rodeckestrade 43 8000 München 60 Telefon (089) 883603/8836(14 Telox 5212313 Tnlo[|tmmno Pitlenlromull Sonnenborger SlraOo 43 62Π0 Wiesbaden ΓοΙοΙοη (06121) 562943/551990 Tolex 4186257 Talogrmnme Polorilconsult

ist, daß der erste und der zweite Wellenleiter in einem Abschnitt in Kopplungsbeziehung stehen, daß der erste Wellenleiter mehrere Ausbreitungstypen mit unterschiedlichen Ausbreitungskonstanten leitet, und daß der zweite' Wellenleiter einen einzigen Ausbreitungstyp leitet, der die gleiche Ausbreitungskonstante hat wie eine kleine Gruppe aus den mehreren Ausbreitungstypen, die von dem ersten Wellenleiter geleitet werden, jedoch eine andere Ausbreitungskonstante besitzt als alle übrigen Ausbreitungstypen.

3. Optokoppler nach Anspruch 2,

dadurch gekennzeichnet , daß der zweite Wellenleiter derart ausgebildet ist, daß er lediglich einen Ausbreitungstyp leitet.

4". Optokoppler nach Anspruch 1 ,

dadurch gekennzeichnet , daß der erste und der zweite Wellenleiter optische Fasern sind und daß der Modenscrambler einen Abschnitt einer optischen Mehrmodenfaser aufweist, dessen Übertragungsverhalten sich entlang seiner Längserstreckung ändert.