DE3501967A1 - Optische datenverbindung - Google Patents
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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
Dr 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
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Telegramm eiiicscid
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 fZ
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
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
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
N2 = 36,8
Demzufolge können bei der beschriebenen Ausführungsform der Erfindung 36 Stationen gegenüber 7 Stationen
bei der bisherigen Anlage angeschlossen werden.
25
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
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
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
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:
Obige Gleichung läßt sich auflösen zu:
Nl = 2b'1 V g"1
N3 = G"1 = e2Nl2/4
N3 = G"1 = e2Nl2/4
Unter Voraussetzung der Größe Gt mit z.B. -20 db (1/100) ergibt sich:
Nl = 7,35
N3 = 100.
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
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.
- Leerseite -
Claims (10)
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.
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8127 | New person/name/address of the applicant |
Owner name: YOKOGAWA ELECTRIC CORP., MUSASHINO, TOKIO/TOKYO, J |
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D2 | Grant after examination | ||
8364 | No opposition during term of opposition | ||
8339 | Ceased/non-payment of the annual fee |