DE3501967A1

DE3501967A1 - Optische datenverbindung

Info

Publication number: DE3501967A1
Application number: DE19853501967
Authority: DE
Inventors: Kiyoharu Musashino Tokio/Tokyo Inou; Seiichi Hachiohji Naito; Yoshihiro Musashino Tokio/Tokyo Sampei
Original assignee: Yokogawa Hokushin Electric Corp
Current assignee: Yokogawa Electric Corp
Priority date: 1984-01-27
Filing date: 1985-01-22
Publication date: 1985-08-08
Anticipated expiration: 2005-01-23
Also published as: US4783851A; GB8501307D0; DE3501967C2; GB2154091B; GB2154091A

Description

Henkel, Feiler, Hänzel & Partner I

YOKOGAWA HOKUSHIN ELECTRIC CORPORATION Tokio, Japan

Patentanwälte

E'jrccean Paiert Attorneys Zugelassene /erireter vor dem Europäischen ^Da;entan:

Dr pn.; G Heckes D^r rer nat l Feuer DiDi.-'Og vV. Harze: Dci-r.g. D «:r-n

Mohistrai-.e 3? D-8000 Muncren 30

Tel.: 089/982085-87 Telex: 529302 nnk! J Telefax (Gr 2-3"; 089/98 υ 25
Telegramm eiiicscid

FA 85005

Optische Datenverbindung

Die Erfindung betrifft eine verbesserte optische Datenverbindung (data way) zur Durchführung einer Übermittlung zwischen .mehreren Stationen mittels optischer Fasern bzw. Lichtleitfasern.

Fig. 1 ist ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bisherigen optischen Datenverbindung mit mehreren Stationen. Obgleich in Fig. 1 eine Einwegübertragung dargestellt ist, wird die Verbindung tatsächlich als Zweiweganlage benutzt. Dabei sind Stationen STIl, ST12, ... STlN über Optokopplereinheiten All, A12, ... AlN mit einer optischen Übertragungsoder Übermittlungsleitung Ll verbunden. Fig. 2 veranschaulicht schematisch einen Optokoppler für eine Optokopplereinheit, wobei optische Eingangssignale 111 und 112 zur Lieferung von optischen Ausgangssignalen Oll und 012 durch einen halbdurchlässigen Spiegel oder sog. Halbspiegel 10 auf zwei Wege aufgeteilt werden. Wenn der optische Durchlaßgrad des Halbspiegels 10 zu al vorausgesetzt wird, ergibt sich die folgende Beziehung:

Ό 1

0 1 2

1 - α 1

α 1

a 1

1 - a 1

I 1 1

I 1 2

Dabei ist das Kopplungsverhältnis festgelegt.

Da diese Anlage aus passiven Elementen aufgebaut ist, besitzt sie den Nachteil einer großen Dämpfungsgröße zwischen den übertragenden bzw. sendenden und den empfangenden Stationen; vorteilhaft ist dabei andererseits, daß sie im Vergleich zu einer optischen Datenverbindung des Schleifentyps für regenerative Übertragung eine hohe Zuverlässigkeit bietet und eine geringere Übertragungsverzöge-

rung sowie eine niedrige Fehlerquote gewährleistet.

Die maximale Dämpfung (oder Schwächung) ergibt sich im Fall der Übertragung und des Empfangs zwischen den Stationen STlI und STlN, wobei sich der Ubertragungsfaktor Gl durch folgende Gleichung ausdrücken läßt:

G 1 - « 1 ■ ( 1 - α 1

Der Ubertragungsfaktor (gain) ist am größten bei Cfc'l = N/2, was sich in obige Gleichung einsetzen läßt, um den maximalen Ubertragungsfaktor GtI durch folgende Gleichung auszudrücken:

Gt1=(2/N)² (1-2/N f^Z 20

Φ 4 e -² N "² ( N » 1 ) (D

Da sich hierbei die Dämpfung proportional zu N² erhöht, kann dies in der Praxis nicht realisiert werden, wenn der Umfang der Anlage erweitert wird.

Bei der bisherigen optischen Datenverbindung des Schleifentyps unter Verwendung eines optischen Schalters als Optokopplereinheit erfolgt die regenerative Übertragung, wenn jede Station normal arbeitet, so daß grundsätzlich eine l:l-Übertragung durchgeführt wird. Falls eine Betriebsabnormalität einer Station auftritt (z.B. Trennung einer Stromversorgung), wird der optische Schalter zur Überbrückung der betreffenden Station umgeschaltet.

Obgleich bei dieser Anlage keine Probleme bezüglich der Dämpfung zwischen sendenden und empfangenden Stationen auftreten, ist sie mit dem Nachteil behaftet, daß sich eine Verzögerung infolge der wiederholenden Regeneration oder Übertragungsregeneration bzw. -entzerrung (repeating regeneration) von Signalen vergrößert und sich Übertragungsfehler unter Vergrößerung der Fehlerquote anhäufen.

Bei der bisherigen, Optokoppler verwendenden optischen Datenverbindung mit mehreren Stationen sind weiterhin gewöhnlich Relais öder Verstärker (repeaters) in die optische Übertragungsleitung eingeschaltet, um die Dämpfung der Signale aufgrund der vergrößerten Zahl von Knotenpunkten (die jeweils eine Optokopplereinheit, eine Station und dgl. umfassen) und der Laufstrecke (spun distance) rückgängig zu machen. Obgleich dabei die Optokopplereinheit für jede Station aus passiven Elementen einen hohen Zuverlässigkeitsgrad, verringerte Übertragungsverzögerung oder -laufzeit und eine niedrige Fehlerquote zu gewährleisten vermag, wird die Zuverlässigkeit im Bereich des Relais oder Verstärkers, das bzw. der mit aktiven Elementen realisiert ist, beeinträchtigt.

Im Hinblick auf die obigen Gegebenheiten liegt der Erfindung damit die Aufgabe zugrunde, eine optische

^ou Datenverbindung zu schaffen, bei welcher das Kopplungsverhältnis jeder optischen Kopplungsvorrichtung oder Optokopplereinheit durch jedes Steuersignal auf eine dynamische und kontinuierliche vorbestimmte Größe in Abhängigkeit vom Sende- und Empfangszustand, dem Pegel der empfangenen Signale, dem Zustand ihrer jeweiligen Station o.dgl. geändert wird, um damit hohe Zuverlässigkeit, ver-

ringerte Übertragungsverzögerung und niedrige Fehlerquote zu gewährleisten und zudem die Größe der Dämpfung zwischen sendenden und empfangenden Stationen zu verringern.

Im folgenden sind bevorzugte Ausfuhrungsformen der Erfindung im Vergleich zum Stand der Technik anhand der Zeichnung näher erläutert. Es zeigen:

Fig. 1 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer bisherigen optischen Datenverbindung,

Fig. 2 eine schematische Darstellung zur Veran- ° schaulichung der Arbeitsweise eines bei

der Anlage nach Fig. 1 verwendenden Optokopplers,

Fig. 3 ein vereinfachtes Blockschaltbild' einer ^O optischen Datenverbindung gemäß der Er

findung,

Fig. 4 eine schematische Darstellung zur Verdeutlichung eines Betriebsbeispiels der Anlage nach Fig. 3,

Fig. 5 eine schematische Darstellung der Eingang/-Ausgangsbeziehung einer Optokopplereinheit

gemäß Fig. 3,
30

Fig. 6 eine schematische Darstellung einer Ausführungsform von Optokopplereinheiten A21, A22, ... A2N gemäß Fig. 3,

Fig. 7 eine graphische Darstellung der Eingang/-

Ausgangs-Kennlinien der Optokopplereinheit gemäß Fig. 6,

Fig. 8 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 9 eine Fig. 8 ähnelnde Darstellung zur Verdeutlichung eines Betriebsbeispiels der Anlage nach Fig. 8,

Fig. 10 ein vereinfachtes Blockschaltbild noch einer anderen Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 11 ein vereinfachtes Blockschaltbild einer weiteren Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 12 ein Zeitsteuerdiagramm zur Verdeutlichung der Arbeitsweise der Anlage nach Fig. 11,

Fig. 13 eine schematische Darstellung von Aufbau

und Arbeitsweise noch einer weiteren Ausführungsform der Erfindung anhand eines Signalpegeldiagramms,

Fig. 14 eine schematische Darstellung noch einer weii
und

weiteren Ausführungsform der Erfindung

Fig. 15 eine schematische perspektivische Darstellung eines Teils der Anordnung nach Fig. 14.

Die Fig. 1 und 2 sind eingangs bereits erläutert worden.

Fig. 3 veranschaulicht eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Datenverbindung des Mehrstationstyps mit einer optischen Mehrstations-

/10

Übertragungsleitung L2, optischen Kopplungsvorrichtungen oder Optokopplereinheiten A21, A22 ... A2N für die Verbindung mit der Übertragungsleitung L2 sowie Stationen ST21, ST22 ... ST2N, die mit den Optokopplereinheiten A21, A22 ... A2N verbunden sind. Obgleich die optische Datenverbindung in Fig. 3 nur in einer Richtung wirkend dargestellt ist, wird sie tatsächlich für Übertragung in beiden Richtungen benutzt.

Jede Station ST21, ST22 ... ST2N ändert das Kopplungsverhältnis (coupling ratio) jeder Optokopplereinheit A21, A22 . . . A2N auf eine dynamische und kontinuierliche (stufenlose) beliebige oder optimale (optional) Größe mittels jeweils eines Steuersignals C21, C22 C2N in Abhängigkeit vom Sende-

und Empfangszustand, dem Pegel des empfangenen Signals, dem Zustand oder Status der jeweiligen Station und dgl.. Fig. 4 veranschaulicht den Zustand, in welchem nur die Station ST21 in den Übertragungs- oder Sendemodus gesetzt ist, während sich die anderen Stationen im Empfangsmodus befinden.

Fig. 5 veranschaulicht die Eingang/Ausgangsbeziehung in den Optokopplereinheiten, wobei deren Kopplungsverhältnis auf c>'-2 gesetzt ist. Zwischen den optischen Eingangssignalen 121, 122 und den optischen Ausgangssignalen 021, 022 besteht dabei die folgende Beziehung:

O 2 1

1 - α 2 α 2 α 2 1 - α 2

I 2 1

I 2 2

ι . M-

Bei Regelung (Einstellung) dieses Kopplungsverhältnisses 0i2 auf 1 während der Übertragung und auf eine vorbestimmte Größe cC, die kleiner ist als 1, während des Empfangs läßt sich der Übertragungsfaktor G2 bei Übertragung und Empfang zwischen den Stationen STlI und STlN, der die maximale Dämpfung hervorruft, durch folgende Gleichung ausdrücken:

ro - ,χ M - x\^N~²

Der Übertragungsfaktor ist am größten bei c = was in obige Gleichung eingesetzt werden kann, um den maximalen Übertragungsfaktor Gt2 durch folgende ° Gleichung auszudrücken:

Gt2- (1-1/(N-D )/(N-1)

Φβ-'/(N-I) ( N » 1 ) φ e ·' / N ( 2 )

Dies bedeutet, daß die Dämpfung (oder Schwächung) zu N proportional ist.

Gemäß Gleichung (1) ist der maximale Übertragungsfaktor GtI bei der bisherigen Anlage proportional

-2

zu N , während der maximale Ubertragungsfaktor Gt2 bei der Ausführungsform nach Fig'. 3 gemäß Gleichung (2) zu N proportional ist. Die Anlage gemäß der Erfindung besitzt mithin im Vergleich zur bisherigen optischen Mehrstations-Datenverbindung eine geringere Dämpfungsgröße. Wenn diese dagegen bei beiden Anlagen als gleich groß vorausgesetzt wird, kann bei der erfindungsgemäßen Anlage die Zahl der Stationen vergrößert werden. Wenn nämlich die Übertragungsfaktoren in Gleichungen (1) und (2) zu GtI = Gt2 = Gt

gleich (groß) vorausgesetzt und die Zahl der Stationen bei der bisherigen Anlage zu Nl und bei der erfindungsgemäßen Anlage zu N2 vorausgesetzt werden, läßt sich die Gleichung umschreiben zu

4e Nl ^Δ = e N2 ^x

Diese Gleichung läßt sich auflösen zu 10

Nl = 2ε"¹ "VGt"¹

N2 - e^Gt"¹ = eNl²/4

Unter Zugrundelegung der Größe mit z.B. -20 dB (1/100) ergibt sich:

Nl = 7,35
N2 = 36,8

Demzufolge können bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung 36 Stationen gegenüber 7 Stationen bei der bisherigen Anlage angeschlossen werden.
25

Fig. 6 veranschaulicht eine konkrete Ausgestaltung einer der Optokopplereinheiten A21, A22 ... A2N gemäß, Fig. 3. Diese Optokopplereinheit besitzt einen Aufbau im wesentlichen ähnlich dem "optischen Hochgeschwindigkeitsschalter" gemäß JP-OS 146 652/1983, der den elektrooptischen PLZT-Effekt (PLZT = Bleilanthanzirkonattitanat, ein ferroelektrisches, keramisches, elektrooptisches Material, dessen optische Eigenschaften durch ein elektrisches Feld oder durch Druck- oder Zug(spannungs)anlegung änderbar sind) nutzt. Fig. 6 zeigt optische Faserstränge bzw. Lichtleitfasern 21, 22 zur Führung

ι ./13-

von optischen Eingangssignalen 121 bzw. 122 sowie Lichtleitfaser-Anschlüsse 23 und 24 für die Lichtleitfasern 21 bzw. 22. Der mit doppelten ausgezogenen Linien umrahmte Teil CP stellt einen Optokopplerabschnitt dar, in welchem die Temperatur auf einer bestimmten Größe zwischen 50° und 100⁰C gehalten wird und der Linsen 25, 26 zum Sammeln des über die Anschlüsse 23 bzw. 24 einfallenden Eingangslichts und einen Polarisationstrenner bzw. Polarisator 27 in Form einer Kombination aus einem Strahlteiler 271 und einem totalreflektierenden Prisma 272, an welchem die Eingangslichtstrahlen oder Lichteingänge durch die Linsen 2 5 und 2 6 hindurchtreten, enthält. Weiterhin sind zwei PLZT-Elemente 28, 29 so angeordnet, daß zwei vom Trenner 27 ausgehende polarisierte Wellen auf sie auftreffen, und es sind weiterhin eine Ansteuerklemme 30 zum Anlegen eines Steuersignals an jedes PLZT-Element 28, 29 und ein Polarisationslicht-Synthesizer aus einer Kombination aus einem Strahlteiler 311 und einem totalreflektierenden Prisma 312, in den das Licht nach dem Durchgang durch die PLZT Elemente 28 und 29 eintritt, vorgesehen. Die An-Ordnung "enthält ferner in den Strahlengängen der Elemente 28, 29 liegende Linsen 32 bzw. 33 und Lichtleitfaser-Anschlüsse 34, 35, über welche die Lichtausgänge vom Synthesizer 31 nach dem Durchgang durch die Linsen 32 bzw. 33 als optische Ausgangssignale 021, 022 zu den Lichtleitfasern 36 bzw. 37 geführt werden.

Die beschriebene Optokopplereinheit arbeitet wie folgt: Im Optokoppler abschnitt CP wird das über die Linse 25 einfallende Licht durch den polarisierenden Trenner 27 in eine Welle S und eine Welle P getrennt, von denen die Welle P in das PLTZ-Ele-

ment 29 und die Welle S in das Element 28 einfällt. Sofern keine Steuerspannung angelegt ist, erzeugen

die PLZT-Elemente 28 und 29 keinen elektrooptischen 5

Effekt. Die durch das PLZT-Element 29 hindurchtretende Welle P und die durch das Element 29 hindurchtretende Welle S werden mithin über den Anschluß 34 zur Lichtleitfaser 36 ausgegeben. Wenn an jedes der PLZT-Elemente 28, 29 eine Steuerspannung angelegt wird, erzeugt dieses Element einen elektrooptischen Effekt, durch den die Welle P in die Welle S und letztere in die Welle P umgewandelt und ihre Polarisationsebenen um 90° gedreht werden. Infolgedessen treten sowohl das durch das EIe-

ment 28 hindurchgehende und zur Welle P umgeformte Licht als auch das durch das Element 29 hindurchgehende und zur Welle S umgeformte Licht in den Polarisationslicht-Synthesizer 31, um dann über die Linse 33 und den Lichtleitfaser-Anschluß 35

zur Lichtleitfaser 37 ausgegeben zu werden. Auf ähnliche Weise wird das durch die Linse 26 hindurchfallende und auf den Trenner 27 auftreffende Licht zur Lichtleitfaser 37 ausgegeben, sofern nicht die Steuerspannung an die PLZT-Elemente 28 und 29 angelegt ist, während es bei anliegender Steuerspannung zur Seite der Lichtleitfaser 36 ausgegeben wird.

Bei der beschriebenen Anordnung können die optischen ^Q Eingangssignale 121 und 122 mittels des Steuersignals auf das optische Ausgangssignal 021 und 022 umgeschaltet werden. Wenn nämlich die Steuerspannung 0 V beträgt, bilden das Eingangssignal 121 das optische Ausgangssignal 021 und das Ein- ^5 gangssignal 122 das Ausgangssignal 022. Wenn dann die Steuerspannung von 0 V aus ansteigt, werden allmählich das optische Eingangssignal 121 zum

* /(S'

optischen Ausgangssignal 022 und das Eingangssignal 122 zum Ausgangssignal 021. Fig. 7 veranschaulicht diese Tendenz graphisch in Form von Kennlinien für die von der Steuerspannung abhängigen, tatsächlich gemessenen Änderungen (Übergänge) des optischen Durchlaßgrads u.a von 121 auf 021 und des optischen Durchlaßgrads tx'-b von 121 auf 022. Der optische Durchlaßgrad kann somit beliebig oder optimal und kontinuierlich mittels der Steuerspannung gesteuert werden.

Da bei der optischen Datenverbindung mit dem beschriebenen Aufbau auf diese Weise das Kopplungs-

¹^ verhältnis während der Übertragung auf eine dynamische und kontinuierliche gewünschte Größe geändert werden kann, kann durch Umschalten des Kopplungsverhältnisses auf eine höhere Größe bei Übertragung und eine niedrigere Größe bei Empfang eine optische Datenverbindung mit höherer Zuverlässigkeit, verringerter Übertragungsverzögerung und niedriger Fehlerquote sowie verringertem Verlust zwischen Übertragung und Empfang realisiert

werden.
25

Fig. 8 ist ein vereinfachtes (constitutional) Blockschaltbild einer zweiten Ausführungsform der Erfindung mit einer optischen Umlauf- oder Schleifentyp-Übertragungsleitung L3, Optokopplereinheiten A31, A32 ... A3N mit jeweils einem variablen Kopplungsverhältnis für den Anschluß an die Übertragungsleitung L3 sowie Stationen ST31, ST32 ... ST3N zur Verbindung mit den Optokopplereinheiten A31, A32 ... A3N. Letztere sind dieselben wie in den Fig. 5 bis 7.

Jede Station ST31, ST32 ... ST3N variiert das Kopplungsverhältnis für jede Optokopplereinheit

A31, A32 ... A3N auf eine beliebige (optional) 5

Größe mittels jeweils eines Steuersignals C31, C32 ... C3N in Abhängigkeit vom Sende- und Empfangszustand, vom Pegel der Empfangssignale, vom Zustand der betreffenden Station und dgl..

Fig. 9 zeigt einen Fall, in welchem nur die Station ST31 in den Sende- oder Übertragungsmodus gesetzt ist, während die anderen Stationen sich im Empfangszustand befinden. Durch Steuerung (oder Einstellung) des Kopplungsverhältnisses der Optokopplereinheit auf dieselbe Weise wie bei der ersten Ausführungsform kann wiederum im Vergleich zur bisherigen optischen Mehrstations-Datenverbindung entweder die Dämpfungsgröße verringert oder bei gleicher Dämpfungsgröße die Zahl der Stationen vergrößert werden.

Da weiterhin keine regenerativen Relais oder Verstärker zwischengeschaltet sind, wird die Verzögerung bzw. Laufzeit beim Signalempfang verkürzt, ^° während die Fehlerquote im Vergleich zur bisherigen optischen Schleifentyp-Datenverbindung nicht ansteigt.

Da darüberhinaus die übertragenen Signale zu ihrer SQ eigenen Station zurücklaufen, können die Strecke der Übertragungsleitung und die Dämpfungsgröße gemessen und zudem (etwaige) Abnormalitäten in der Übertragungsleitung festgestellt werden.

^5 Ein weiterer Vorteil besteht darin, daß verschiedene, für herkömmliche Schleifenübertragung (Rückschleifung usw.) relevante Techniken ohne Abwandlung angewandt werden können.

ι . 4T-

Fig. 10 veranschaulicht eine dritte Ausführungsform der erfindungsgemäßen optischen Datenverbindung als Abwandlung der zweiten Ausführungsform, ^ö bei welcher zwei optische Schleifentyp-Datenverbindungen und eine dritte optische Schleifentyp-Datenverbindung unter Verwendung von Optokopplereinheiten kombiniert sind. Gemäß Fig. 10 sind Stationen ST41, ST42 ... ST4N jeweils über Optokopplereinheiten A41, A42 ... A4N mit der optischen Schleifentyp-Übertragungsleitung L4 und Stationen ST51,

ST52 ST5N über Optokopplereinheiten A51, A52

.. . A5N mit einer optischen Schleifentyp-Übertragungsleitung L5 verbunden. Die Übertragungsleitungen L4 und L5 sind über Optokopplereinheiten A61 bzw. A62 an eine optische Schleifentyp-Übertragungsleitung L6 angekoppelt. Für die Optokopplereinheiten A41, A42 ... A4N, A51, A52 ... A5N und A61, A62 werden dieselben Vorrichtungen wie in den Fig. 5 bis 7 verwendet. Die Optokopplereinheiten A61 und A62 werden für ihr Umschalten durch Steuereinheiten CT81 bzw. CT82 angesteuert, die ihrerseits durch eine Schleifen-Steuereinheit CT80

(an)gesteuert werden.
25

Fig. 11 veranschaulicht eine weitere Ausführungsform der Erfindung als andere Abwandlung der zweiten Ausführungsform. Dabei sind Sensoren oder Meßfühler TRl, TR2 ... TRN zum Messen von Verfahrens- oder Regelgrößen, wie Temperatur, Druck und Strömungsmenge, mit lokalen Stationen ST71, ST72 ... ST7N verbunden, die ihrerseits über Optokopplereinheiten A71, A72 ... A7N mit einer optischen Schleifentyp-Übertragungsleitung L7 verbunden sind.

Letztere ist wiederum über eine Optokopplereinheit A70 an eine Steuerstation ST70 angeschlossen. Für die Optokopplereinheiten A70 - A7N werden wiederum

dieselben Einheiten wie in den Fig. 5 bis 7 verwendet. Das von der Steuerstation ST7 0 gelieferte Adressensignal wird in jeder der lokalen Stationen ST71 - ST7N ausgewertet oder interpretiert, wobei die Verfahrensgröße, wie Temperatur und Druck, von der bezeichneten lokalen Station zur Schleife (loop) geliefert wird.

Das Zeit(Steuer)diagramm von Fig. 12 veranschaulicht (ein Beispiel für) die Arbeitsweise der Anlage nach Fig. 11. Eine lokale Station ST71 wird durch ein Adressensignal A bezeichnet, und die Temperaturdaten werden zu einem Zeitpunkt (timing) ¹^ B ausgegeben. Sodann wird die lokale Station ST72 durch das Adressensignal C bezeichnet, um die Druckdaten zum Zeitpunkt D zu übermitteln.

Die fünfte Ausführungsform der Erfindung ist so ausgelegt, daß der Pegel der empfangenen Signale in jeder der Stationen bei der ers.ten Ausführungsforin konstantgehalten wird. Wenn gemäß Fig. 4 das Kopplungsverhältnis der übertragenden Station ST21 zu 1 und die Kopplungsverhältnisse der anderen, empfangenden Stationen ST22 - ST2N zu ^22 ... ei2N vorausgesetzt werden, ergibt sich zwischen den Übertragungssignalen Tl, T2 ... TN und den Empfangssignalen Rl, R2 ... RN der einzelnen Stationen

ST21, ST22 ST2N die folgende Beziehung:

R 2 - α 2 2 T

5 Τ2-(1-α22)Τ1

R3 = a23T2

= «23 ( 1 - α 2 2 > T ₁₀ Τ3=-(1-α23)Τ2

- ( 1 - α 2 3 ) ( 1 - α 2 2 ) T

R N = α 2 N · T . N -

α 2 N ( 1 - α 2 , N - 1 ) - ( 1 - α 2 ) · T

Um die Pegel der empfangenen Signale jeder Empfangsstation auf bestimmte identische Größen zu bringen,

ist es im Hinblick auf die Bedingung 25

R2 = R3 = ^Ä RN

erforderlich, die Signale mit folgendem Kopplungsverhältnis zu empfangen:

30 α 2 N =

α 2 K= α 2 . Κ+ 1 / < 1 + « 2 . K+ 1 >

{ K - 2 . 3 . - N - 1 ) 35

D.h. es gilt:

α 2 2 = 1 / ( N - 1 )

«23 = 1 / ( N - 2 )

α 2 . N - 1 - 1 / 2

α Ν = ι

Durch Voreinstellung der genannten Kopplungsverhältnisse und Umschalten derselben in Abhängigkeit vom Übertragungs- oder Empfangszustand kann demzufolge der Empfang erfolgen, während die Pegel (oder Größen) der empfangenen Signale konstant gehalten werden.

In diesem Fall kann der Ubertragungsfaktor G3 zwischen den die größte Dämpfung hervorrufenen Stationen ST21 und ST2N durch folgende Gleichung ausgedrückt werden:

G3 = 1/(N -1)= l/N (N» 1) (3)

Da Gleichung (3) keinen Ausdruck für e enthält, wird die Dämpfungsgröße bezüglich des Übertragungsfaktors G3 gegenüber der zuerst beschriebenen Aus- ° führungsform (vgl. Gleichung (2)) weiter verkleinert.

Bei gleichbleibender Dämpfungsgröße kann andererseits die Zahl der Stationen vergrößert werden. Genauer gesagt: wenn ein gleich großer Übertragungsfaktor gemäß Gleichungen (1) und (3) mit
GtI = G3 = G

vorausgesetzt wird, während die Zahl der Stationen für die bisherige Anlage mit Nl und für die Anlage gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform mit N3 angenommen wird, erhält man folgende Gleichung:

4e~²Nl~² = e"¹^""¹
Obige Gleichung läßt sich auflösen zu:

Nl = 2b'¹ V g"¹
N3 = G"¹ = e²Nl²/4

Unter Voraussetzung der Größe Gt mit z.B. -20 db (1/100) ergibt sich:

Nl = 7,35
N3 = 100.

Bei der Anlage gemäß der vorstehend beschriebenen Ausführungsform können folglich 100 Stationen gegenüber 7 Stationen bei der bisherigen Anlage angeschlossen sein.

Dadurch, daß der Pegel der empfangenen Signale konstant ist, ergibt sich ein weiterer Vorteil dahingehend, daß der Dynamikbereich des Empfängers in jeder Station kleiner sein kann.

Bei einer sechsten, nicht dargestellten Ausführungsform der Erfindung ist jede Station mit einer Meß-(detection) und Vergleichsfunktion für den Pegel der empfangenen Signale bei der fünften Ausführungs-

„r form ausgestattet, wobei das Kopplungsverhältnis durch ihr Ausgangssignal variiert wird, um damit den Pegel der empfangenen Signale konstant zu

ι -as,-

halten. In diesem Fall ist die bei der fünften Ausführungsform angewandte Voreinstellfunktion nicht mehr nötig.
5

Obgleich fünfte und sechste Ausführungsform in Anwendung auf eine optische Mehrstation-Datenverbindung (multi-drop optical data way) beschrieben sind, sind sie auch auf eine optischen Datenverbindung des Schleifentyps (loop type) anwendbar.

Fig. 13 veranschaulicht Aufbau und Arbeitsweise einer siebten Ausführungsform der Erfindung anhand eines Signalpegeldiagramms. Obgleich die Datenverbindung in Fig. 13 nur einseitig dargestellt ist, wird sie tatsächlich in beiden Richtungen eingesetzt. Fig. 13 zeigt einen Teil der Anordnung nach Fig. 3 mit einer optischen Übertragungsleitung L2 und Knotenpunkten (nodes) ND21 - ND26 für Verknüpfung mit der Übertragungsleitung L2. Jeder Knotenpunkt ND2i (i = 1, 2, ...) enthält eine an die Übertragungsleitung L2 angeschlossene Optokopplereinheit A2i eines variablen Kopplungsverhältnisses sowie eine an die Optokopplereinheit A2i angeschlossene Station ST2i zur Änderung des Kopplungsverhältnisses auf eine beliebige (optional) Größe mittels eines Steuersignals C2i von ihr.

Bei dieser Anordnung werden bei der Übertragung Signale ausgesandt, während die Größe des Kopplungsverhältnisses oU2 des Knotenpunkts auf 1 gesetzt (eingestellt) wird. Während das Kopplungsverhältnis während des Empfangs üblicherweise auf eine Größe von weniger als 1 eingestellt wird, werden dann, wenn die Pegel der von den genannten Stationen empfangenen Signale aufgrund der Signaldämpfung

als Folge einer Vergrößerung der Zahl der Knotenpunkte oder der Strecke bzw. Entfernung unter eine vorbestimmte Größe abfallen, das Kopplungsverhältnis 2 auf 1 gesetzt und die regenerative Übertragung durchgeführt.

Die folgenden Erläuterungen beziehen sich auf das Signalpegeldiagramm gemäß Fig. 13, die einen Bereich 41 für den empfangbaren Signalpegel und einen Bereich 42 für den Signalpegel zeigt, der in jeder Station regeneriert werden kann. Wenn der Empfangssignalpegel auf den regenerativen Signalpegelbereich 42 abfällt, wird das Kopplungsverhältnis auf 1 umgeschaltet. Das von der Station ST21 ausgesandte Signal S21 erreicht an den Knotenpunkten 23 (D23) und D25 den regenerativen Signalpegelbereich und wird zur Wiederherstellung des Signalpegels regenerativ (weiter)übertragen. Auf ähnliche Weise erreicht das von der Station ST22 ausgesandte Signal S22 den regenerativen Signalpegelbereich am Knotenpunkt ND24, und es wird zur Wiederherstellung des Signalpegels regenerativ (weiter)übertragen. Die Stelle, an welcher das Signal regenerativ (weiter)übertragen (repeated) wird, hängt also von den das Signal aussendenden Stationen ab.

Da somit bei der beschriebenen optischen Datenverbindung, im Gegensatz zur bisherigen Anlage, keine Relais oder Verstärker (repeaters) mit der optischen Übertragungsleitung in Reihe geschaltet sind, sondern vielmehr passive optische Kopplungsvorrichtungen bzw. Optokopplereinheiten verwendet werden, lassen sich damit wirtschaftliche Vorteile und hohe Zuverlässigkeit erzielen.

Wie erwähnt, sind die beschriebenen Ausführungsformen nicht nur auf die optische Mehrstations-Datenverbindung anwendbar, sondern ähnlich auch mit einer optischen Schleifentyp-Datenverbindung realisierbar.

Fig. 14 veranschaulicht schematisch noch eine weitere Ausführungsform der Optokopplereinheit (vgl.

JP-OS 47702/1981) mit Lichtleitfasern 51 - 54, Stablinsen 55 - 58, polarisierenden Prismen 59 und 60, Dachkantprismen 61 und 62, einem elektrooptischen Blendenelement 63 planer bzw. flächiger Gestalt und Anpaßschichten 64 und 65. Gemäß Fig. 14 ist das eine polarisierende Prisma (59 oder 60) so angeordnet, daß es dem anderen Dachkantprisma (62 oder 61) über das elektrooptische Blendenelement 63 zugewandt ist. Bei dieser Anordnung werden über die Lichtleitfasern 51, 52 zugeführte Lichtstrahlen durch die Stablinsen 55 bzw. 56 in parallele Lichtstrahlen(bündel) umgesetzt und sodann in das polarisierende Prisma 59 geleitet. Letzteres teilt das über die Stablinsen 55, 56 einfallende Licht in zwei (optische) Lichtstrahlen auf, deren Polarisationsebenen senkrecht zueinander liegen. Die geteilten (split) Lichtstrahlen werden in Abhängigkeit vom Ansteuerzustand des Blendenelements 63 gedreht, um dann durch letzteres hindurchzutreten. Anschließend erfolgt eine ähnliehe Operation wie bei der Optokopplereinheit gemäß Fig. 6, um ein beliebiges oder optimales (optional) Kopplungsverhältnis entsprechend dem Ansteuerzustand des Blendenelements 63 zu erhalten.

Fig. 15 zeigt ein Beispiel für das elektrooptische Blendenelement gemäß Fig. 14, das ein elektrooptisches Material-Substrat 631 aus einem sekundären

/ι

3$

Material, wie PLZT (Bleilanthanzirkonattitanat) und kamm- oder fingerartig verschachtelte durchsichtige Elektroden 632 und 633 aufweist. Die Elektroden 632 und 633 sind auf der einen Fläche des Substrats 631 so angeordnet, daß ihre "Finger" jeweils in einer vorbestimmten Richtung zwischen den "Fingern" der jeweils anderen Elektrode liegen. Auf der anderen Fläche des Substrats 631 sind zudem weitere durchsichtige Elektroden 634 und 635 einander gegenüberstehend (miteinander verschachtelt) angeordnet. Da die einzelnen Elektroden 632 - 635 jeweils so angeordnet sind, daß die Elektroden-"Finger" auf der einen Fläche zwischen den "Fingern" auf der anderen Fläche liegen, kann unter dem elektrischen Feld, das durch die zwischen den Elektroden liegende Spannung hervorgerufen wird, eine optische Drehwirkung unter dem elektrooptischen

Effekt praktisch über die Gesamtfläche hinweg heron

vorgebracht werden.

Obgleich vorstehend für die Optokopplereinheiten elektrooptische Elemente aus z.B. PLZT (Bleilanthanzirkonattitanat) beschrieben sind, können auch magnetoptische Elemente aus z.B. YIG (Yttrium-Eisen-Granat) o.dgl. verwendet werden.

Mit den beschriebenen Ausführungsformen wird ersichtlicherweise die der Erfindung zugrundeliegende ^ÖW Aufgabe voll und ganz gelöst.

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Claims

Patentansprüche

1. Optische Datenverbindung mit einer optischen Übertragungsleitung, mit letzterer verbindbaren optischen Kopplungsvorrichtungen oder Optokopplereinheiten sowie mit mehreren, mit letzteren verbindbaren Stationen, um eine übertragung zwischen mehreren Stationen über die optische Übertragungsleitung durchzuführen, dadurch gekennzeichnet, daß als Optokopplereinheiten solehe mit jeweils einem variablen Kopplungsverhältnis vorgesehen sind und daß das Kopplungsverhältnis jeder Optokopplereinheit mittels £ eines Steuersignals von jeder der Stationen auf i eine beliebige oder optimale (optional) Größe änderbar ist.

2. Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsverhältnis für jede Optokopplereinheit bei Übertragung auf 1 und bei Empfang mittels eines Steuersignals von jeder (der betreffenden) Station auf eine vorbestimmte Größe unter 1 setzbar oder einstellbar ist.

3. Datenverbindung des Schleifentyps nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Kopplungsverhältnis für jede Optokopplereinheit bei Übertragung auf 1 und bei Empfang mittels eines Steuersignals von jeder (der betreffenden) Station auf eine vorbestimmte Größe unter 1 setzbar oder einstellbar ist. *

ORIGINAL INSPECTED

''.ils

4. Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Pegel der empfangenen Signale

in jeder Station durch Änderung des Kopplungs-5

Verhältnisses der betreffenden Optokopplereinheiten mittels eines Steuersignals von den betreffenden Stationen auf eine konstante Größe einstellbar ist.

5. Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß eine regenerative Übertragung (regenerative repeating) unter Einstellung des Kopplungsverhältnisses auf 1 durchführbar ist, wenn der Pegel der in der Station empfangenen Signale unter einer vorbestimmten Größe liegt.

6. Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optokopplereinheit einen polarisierenden Trenner (Polarisator) aus einem Strahlteiler, in welchen die Eingangslichtstrahlen einfallen, und einem totalreflektierenden Prisma, ein elektrooptisches Element mit einander gegenüberstehenden Elektroden, zwischen denen jeweils zwei im polarisierenden Trenner getrennte polarisierte Wellen abgestrahlt (irradiated) werden, und einen Polarisationslicht-Synthesizer umfaßt, der aus einem Strahlteiler und einem totalreflektierenden Prisma gebildet ist und in den die das elektrooptische Element passierenden Lichtstrahlen eintreten, und daß die in den polarisierenden Trenner einfallenden Eingangslichtstrahlen mittels eines zwischen die Elektroden angelegten Spannungssignals jeweils umschaltbar in vorbestimmten Richtungen austreten.

7. Datenverbindung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Optokopplereinheit so aufgebaut ist, daß zwei polarisierende Prismen und ° zwei Dachkantprismen unter Zwischenfügung eines eine flächige Gestalt besitzenden elektrooptischen Blendenelements so angeordnet sind, daß jeweils das eine polarisierende Prisma dem anderen Dachkantprisma gegenübersteht oder zugewandt ist und vorbestimmte Flächen der polarisierenden Prismen und der Dachkantprismen jeweils an den betreffenden Flächen des elektrooptischen Blendenelements ausgerichtet sind, derart, daß das von einem der polarisierenden Prismen ein-

!5 fallende Licht in Abhängigkeit vom Ansteuerzustand des elektrooptischen Blendenelements umschaltbar in einer vorbestimmten Richtung vom (jeweils) anderen polarisierenden Prisma aussendba.r ist.

8. Datenverbindung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß eine zweite, mit der optischen Schleifentyp-Übertragungsleitung verbindbare Optokopplereinheit und eine zweite, mit der zweiten Optokopplereinheit verbindbare optische Übertragungsleitung vorgesehen sind.

9. Datenverbindung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, daß als Optokopplereinheit ein PLZT-Element (Element aus Bleilanthanzirkonattitanat) vorgesehen ist.

10. Datenverbindung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß als Substrat aus elektrooptischen! Material für das elektrooptische Blendenelement ein PLZT-Element (Element aus Blei]anthanzirkonattitanat) vorgesehen ist.