DE3852277T2 - Vorrichtung und Verfahren zur Umsetzung eines Frequenzvielfachen in ein Zeitvielfaches. - Google Patents

Description

• Die Erfindung bezieht sich auf Vorrichtungen und Verfahren zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal. Sie wird insbesondere aber nicht ausschließlich angewandt in einem Kommunikationssystem mit einer Primärstation und einer Mehrzahl von Sekundärstationen, wobei jede Station Signalsendemittel und Signalempfangsmittel hat, einer ersten Kommunikationsverbindung, die von der Primärstation zu einem Signalverteilermittel zum Zuführen von Signalen der Primärstation zu jeder der Sekundärstationen verläuft und einer zweiten Kommunikationsverbindung, die von einem Signalsammlermittel, das Signale von jeder der Sekundärstationen empfängt, zur Primärstation verläuft.
• Solche Kommunikationssysteme werden in einer Vielzahl von Bereichen einschließlich lokaler Telefonnetze und dergleichen eingesetzt. Ein Verfahren zum Betreiben eines solchen Kommunikationssystems ist, Signale von der Primärstation (oder dem Umsetzer) als Multiplex, z. B. als gemeinsames Zeitmultiplexsignal an alle Sekundärstationen zu verteilen. Dabei wählt jede Station die ihr entsprechenden Zeitscheiben. Obwohl dies relativ einfach ist, entstehen Schwierigkeiten, wenn die Sekundärstationen mit diesem Verfahren Information zurück zur Primärstation übertragen sollen. In diesem Fall müssen die von den Sekundärstationen ausgesandten Signale zeitlich genau gesteuert sein, um "Signalkollisionen" im gemeinsamen Rückweg zur Primärstation zu vermeiden. Die zeitliche Steuerung hängt hauptsächlich von der Weglänge ab, und bei optischen Kommunikationssystemen mit optischen Fasern kann diese Weglänge sich durch Temperatureffekte etwas ändern. Daher muß in jeden Anschluß ein Zielfindesystem eingebaut sein.
• Diese Schwierigkeiten lassen sich vermeiden, wenn die rücklaufenden Signale von den Sekundärstationen zu einem Frequenzmultiplexsignal kombiniert werden, anstatt zu versuchen, diese Signale zu einem Zeitmultiplexsignal zu kombinieren. Dadurch werden die Probleme der zeitlichen Steuerung aufgrund von Temperaturänderungen und dergleichen vermieden.
• Typischerweise umfassen die zwischen den Stationen übertragenen Signale optische Signale, und in diesem Fall können die Stationen durch optische Wellenleiter wie etwa optische Fasern gekoppelt sein. Jedoch könnten auch andere Medien einschließlich Luft die Kommunikationsverbindungen darstellen. Ferner können die Signale elektrische oder Hochfrequenzsignale umfassen.
• In manchen Fällen können getrennte Wege zwischen der Primärstation und den Sekundärstationen vorgesehen werden, um Signale in die jeweiligen Richtungen zu führen. Günstigerweise wird jedoch ein gemeinsamer Übertragungsweg verwendet, z. B. ein gemeinsamer optischer Wellenleiter im Fall von optischen Signalen. In letzterem Fall werden das Signalsammlermittel und das Signalverteilermittel von einem gemeinsamen Element gebildet. Im Fall eines gemeinsamen Übertragungswegs können die Signale mit gleichen oder unterschiedlichen Wellenlängen in entgegengesetzte Richtungen übertragen werden.
• Das Empfangsmittel der Primärstation kann ein Verteilermittel zum Aufspalten des eintreffenden Frequenzmultiplexsignals in eine Mehrzahl von Hilfssignalen, eines pro Sekundärstation, sowie eine Mehrzahl von Demodulationsschaltungen zum Empfangen der jeweiligen Hilfssignale und zum Wiederherstellen der mit dem Signal von der entsprechenden Sekundärstation verbundenen Information aufweisen. Diese Anordnung erfordert jedoch getrennte Demodulationsschaltungen für jeden Kanal oder jede Sekundärstation.
• Die britische Patentschrift Nr. 1 297 922 beschreibt die Amplitudenmodulation eines optischen Trägersignals durch mehrere Hochfrequenz-Subträger, von denen jeder mit informationstragenden Signalen niedrigerer Frequenz moduliert ist. An einer Empfängerstelle wird das eintreffende Signal auf n optische Fasern verteilt, die jeweils zu ihrem eigenen Empfänger führen, der einen kombinierten Mischer und Demodulator, einen lokalen Oszillator und einen Zwischenfrequenz-(IF)-Verstärker umfaßt. Die Ausgangssignale aller Kanäle, d. h. der IF-Verstärker, werden einem Basisbanddetektor zur Rückgewinnung der informationstragenden Signale zugeführt.
• Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist, die Notwendigkeit solcher getrennten Demodulationsschaltungen oder getrennter Empfänger zu beseitigen.
• Dementsprechend ist eine Vorrichtung vorgesehen mit einer Mehrzahl von Kanälen, die jeweils eine bekannte gemeinsame Übertragungsrate haben, zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal, mit einem Bezugsfrequenzsignalgenerator zum wiederholten Erzeugen einer Reihe von Bezugsfrequenzsignalen in Schritten mit einer auf die bekannte gemeinsame Übertragungsrate des Frequenzmultiplexsignals synchronisierten Wiederholrate, wobei die Anzahl der Bezugsfrequenzsignale gleich der Anzahl der Trägersignale im Frequenzmultiplexsignal ist; einem Mischmittel zum Mischen des Frequenzmultiplexsignals und der Bezugsfrequenzsignale, um Zwischenfrequenzsignale zu erzeugen, wobei die paarweise Kombination von Trägersignalen und Bezugsfrequenzsignalen jeweils Zwischenfrequenzsignale mit einer gemeinsamen Frequenz erzeugt; einem Bandfilter zum Durchlassen nur der Zwischenfrequenzsignale mit der gemeinsamen Frequenz vom Ausgang des Mischmittels, wodurch der Filterausgang ein Zeitmultiplexsignal in Form einer wiederholten Folge der jeweiligen Zwischenfrequenzsignale bildet; und einem Demoduliermittel, das auf den Ausgang des Bandfilters reagiert, um aus den jeweiligen Zwischenfrequenzsignalen entsprechende Kanaldatensignale zu erzeugen.
• Typischerweise umfaßt der Bezugsfrequenzsignalgenerator einen spannungsgesteuerten Oszillator. Die Reihe von Bezugsfrequenzsignalen kann in Schritten erzeugt werden, so daß die Wiederholrate der ganzen Treppe von Bezugsfrequenzsignalen vorzugsweise im wesentlichen gleich der doppelten Übertragungsrate ist. Andere Wiederholraten sind auch möglich.
• Die Erzeugung der Zwischenfrequenzsignale bei einer gemeinsamen Frequenz kann im elektrischen oder im optischen Bereich erfolgen z. B. durch Verwendung eines kohärenten optischen Überlagerungsempfangsverfahrens, bei dem mit dem optische Lokaloszillator eine Treppe von optischen Bezugsfrequenzsignalen schrittweise abgefahren wird, die mit einem empfangenen optischen Frequenzmultiplexsignal gemischt werden.
• Gemäß einem zweiten Aspekt der Erfindung ist ein Verfahren vorgesehen zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals mit einer Mehrzahl von Kanälen, die jeweils eine bekannte gemeinsame Übertragungsrate haben, in ein Zeitmultiplexsignal, mit den Schritten: wiederholtes Erzeugen einer Reihe von Bezugsfrequenzsignalen in Schritten mit einer auf die bekannte Übertragungsrate synchronisierten Wiederholrate, wobei die Anzahl der Bezugsfrequenzsignale gleich der Anzahl der Trägersignale in dem Frequenzmultiplexsignal ist; Mischen des Frequenzmultiplexsignals und der Bezugsfrequenzsignale, um jeweils Zwischenfrequenzsignale mit einer gemeinsamen Frequenz zu erzeugen, und Demodulieren der Zwischenfrequenzsignale mit der gemeinsamen Frequenz, um entsprechende Kanaldatensignale zu erzeugen, die dadurch ein Zeitmultiplexsignal bilden.
• Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ist ein Kommunikationssystem mit einer Primärstation und einer Mehrzahl von Sekundärstationen vorgesehen, wobei jede der Stationen Signalsendemittel und Signalempfangsmittel hat, einer ersten Kommunikationsverbindung, die von der Primärstation zu einem Signalverteilermittel zum Zuführen von Signalen von der Primärstation zu jeder Sekundärstation verläuft, und einer zweiten Kommunikationsverbindung, die von einem Signalkombinationsmittel, das Signale von jeder der Sekundärstationen empfängt, zur Primärstation verläuft, wobei das Signalsendemittel der Primärstation und die Signalempfangsmittel (nicht gezeigt) der Sekundärstationen eingerichtet sind, Multiplexsignale zu senden bzw. zu empfangen, die Signalsendemittel der Sekundärstationen eingerichtet sind, Signale mit jeweiligen Trägerfrequenzen zu senden, wobei das Signalkombinationsmittel, das diese Signale zu einem gemeinsamen Frequenzmultiplexsignal kombiniert, und das Empfangsmittel der Primärstation eingerichtet sind, das gemeinsame Frequenzmultiplexsignal zu empfangen, und die Primärstation eine Vorrichtung zum Umwandeln des gemeinsamen Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal gemäß dem ersten Aspekt der Erfindung umfaßt.
• Beispiele für eine solche Vorrichtung, Verfahren und Kommunikationssysteme gemäß der vorliegenden Erfindung werden nun mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen beschrieben, von denen:
• Fig. 1 ein Blockschaltbild eines Beispiels für ein Kommunikationssystem ist;
• Fig. 2 ein Blockschaltbild eines Frequenzmultiplex- Zeitmultiplex-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist; und
• Fig. 3 ein Blockschaltbild eines optischen Frequenzmultiplex-Zeitmultiplex-Wandlers gemäß der vorliegenden Erfindung ist.
• Das in Fig. 1 schematisch dargestellte Kommunikationssystem umfaßt eine Primärstation oder einen Umsetzer 1 mit einem optischen Sender 2 und einem Empfänger 12. Der Sender 2 ist mit einem elektrischen Signalmultiplexer 4 verbunden, der Datensignale auf einer Mehrzahl von Kanälen 5 empfängt, die für jeweils eine der n Anschlüsse oder Sekundärstationen 6 bestimmt sind. Die vom Signalmultiplexer 4 empfangenen Datensignale werden im Zeitmultiplex in ein gemeinsames elektrisches Signal umgesetzt und das Zeitmultiplexsignal wird einem optischen Sender 2 zugeführt. Der Sender 2 wird gemäß dem eintreffenden elektrischen Signal moduliert, um ein optisches Zeitmultiplexsignal zu erzeugen, das über eine optische Faser 9 einer optischen Faser 10 zugeführt wird. Die optische Faser 10 verläuft zu einem optischen Verteiler 11, der das eintreffende Signal in eine Anzahl von Hilfssignalen aufteilt, eines pro Sekundärstation 6. Jede Station 6 umfaßt herkömmliche Demultiplexerschaltungen, damit sie die richtigen, in den dieser Station zugeordneten Zeitscheiben enthaltenen Daten lesen kann.
• Wenn eine Sekundärstation 6 Information zurück zum Umsetzer 1 übertragen will, erzeugt sie ein optisches Trägersignal mit einer für diese Station charakteristischen Frequenz (fi), die mit den Daten moduliert wird. Das modulierte Signal wird entlang der gleichen optischen Faser wie das eintreffende Signal dem optischen Verteiler 11 zugeführt, der als Sammler wirkt und die Signale von den Stationen 6 zu einem Frequenzmultiplexsignal kombiniert, das entlang der optischen Faser 10 zu einem optischen Empfänger 12 im Umsetzer 1 zurückgeführt wird. Der Empfänger 12 wandelt das eintreffende optische Signal in ein elektrisches Signal um, das dann in einen Frequenzmultiplex-Zeitmultiplex-Wandler 19 gemäß der vorliegenden Erfindung eingegeben wird, der nun mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird.
• Fig. 2 zeigt den Frequenzmultiplex-Zeitmultiplex-Wandler 19 eines in Fig. 1 gezeigten Empfängers. Das Frequenzmultiplexsignal wird vom Empfänger 12 empfangen und einer Mischschaltung 20 zugeführt. Der andere Eingang der Mischschaltung 20 ist mit einem spannungsgesteuerten Oszillator 21 verbunden, der wie in der Figur gezeigt, mit einer Spannungstreppe beschaltet wird, um eine Reihe von Bezugsfrequenzsignalen in abgestuften Intervallen an die Mischschaltung 20 zu liefern.
• In der Praxis reagiert die Sendeschaltung 2, 4 der Primärstation auf ein in der Primärstation erzeugtes Taktsignal. Zur Unterstützung der Demodulation des Zeitmultiplexsignals wird dieses Taktsignal auch an jede Sekundärstation 6 gesendet. Ferner verwenden die Sekundärstationen 6 dasselbe Taktsignal beim Modulieren ihrer jeweiligen Trägersignale zur Erzeugung von Rücksignalen, so daß der spannungsgesteuerte Oszillator mit dem eintreffenden Signal synchronisiert werden kann.
• Die Zeitdauer eines jeden Schritts in der Treppe der Bezugsfrequenzsignale kann wie in Fig. 2 gezeigt so gewählt werden, daß die Durchlauffrequenz (d. h. die Wiederholrate) der ganzen Signaltreppe das Doppelte oder ein höheres ganzzahliges Vielfaches der Übertragungsrate des eintreffenden Signals ist, und dies definiert die Zeitdauer jeder Zeitunterteilung des resultierenden Zeitmultiplexsignals. Es kann notwendig sein, die Phase der einzelnen Rücklaufkanäle an den Sekundärstationen 6 einzustellen.
• Die Bezugsfrequenzsignale, die vom spannungsgesteuerten Oszillator 21 erzeugt werden, sind so gewählt, daß das Ergebnis des Mischens eines jeden dieser Signale mit jeweils einem einzigen der eintreffenden Trägersignale f&sub1;-fn jeweils ein Signal bei einer gemeinsamen Zwischenfrequenz ist. Das Mischen eines jeden Bezugssignals mit den anderen Trägersignalen des eintreffenden Signals führt jeweils zu Signalen mit anderen als der gemeinsamen Zwischenfrequenz.
• Ein Bandfilter 22 ist dem Mischer 20 nachgeordnet, um alle Signale außer dem mit der gemeinsamen Zwischenfrequenz zu unterdrücken, das dann einem Demodulator 23 zugeführt wird, dessen Ausgangssignal einem Tiefpaßfilter 24 zugeführt wird. Das Ausgangssignal des Tiefpaßfilters 24 ist ein n-kanaliges Zeitmultiplexsignal, das in herkömmlicher Weise analysiert werden kann.
• Die Primärstation 1 kann auch Frequenzmultiplexsignale an die Sekundärstationen 6 senden, wobei dann die Stationen 6 mit passenden Demultiplexern ausgerüstet sind, so daß sie das Signal mit der der Station zugeordneten passenden Frequenz auswählen können.
• Es ist ersichtlich, daß eine Vorrichtung zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal gemäß der vorliegenden Erfindung bei anderen Kommunikationssystemen als dem in Fig. 1 gezeigten Beispielsystem eingesetzt werden kann.
• Die vorliegende Erfindung ist auch anwendbar auf Frequenzmultiplex-Zeitmultiplex-Signalumwandlung im optischen Bereich, z. B. in einem kohärenten optischen Überlagerungsempfänger, wobei in diesem Fall der Mischer einen optischen Detektor umfaßt, der eine Anzahl optischer Bezugsfrequenzsignale aus einem veränderlichen Lokaloszillator 25, z. B. einem Laser, mit dem empfangenen optischen Frequenzmultiplexsignal von den Sekundärstationen 6 mischt, wie in Fig. 3 gezeigt.

Claims (10)

1. Vorrichtung mit einer Mehrzahl von Kanälen, die jeweils eine bekannte gemeinsame Übertragungsrate haben, zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal, mit einem Bezugsfrequenzsignalgenerator (21; 25) zum wiederholten Erzeugen einer Reihe von Bezugsfrequenzsignalen in Schritten mit einer auf die bekannte gemeinsame Übertragungsrate des Frequenzmultiplexsignals synchronisierten Wiederholrate, wobei die Anzahl der Bezugsfrequenzsignale gleich der Anzahl der Trägersignale im Frequenzmultiplexsignal ist; einem Mischmittel (20; 12) zum Mischen des Frequenzmultiplexsignals und der Bezugsfrequenzsignale, um Zwischenfrequenzsignale zu erzeugen, wobei die paarweise Kombination von Trägersignalen und Bezugsfrequenzsignalen jeweils Zwischenfrequenzsignale mit einer gemeinsamen Frequenz erzeugt; einem Bandfilter (22) zum Durchlassen nur der Zwischenfrequenzsignale mit der gemeinsamen Frequenz vom Ausgang des Mischmittels, wodurch der Filterausgang ein Zeitmultiplexsignal in Form einer wiederholten Folge der jeweiligen Zwischenfrequenzsignale bildet; und mit einem Demoduliermittel (23), das auf den Ausgang des Bandfilters reagiert, um aus den jeweiligen Zwischenfrequenzsignalen entsprechende Kanaldatensignale zu erzeugen.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, bei dem die Wiederholrate der vom Bezugsfrequenzsignalgenerator (21; 25) erzeugten Folge von Bezugsfrequenzsignalen im wesentlichen das Doppelte der Übertragungsrate des einlaufenden Frequenzmultiplexsignals ist.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Bezugsfrequenzsignalgenerator (25) optische Bezugsfrequenzsignale erzeugt.

4. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, bei dem der Bezugsfrequenzsignalgenerator (21) einen spannungsgesteuerten Oszillator umfaßt.

5. Verfahren zum Umwandeln eines Frequenzmultiplexsignals mit einer Mehrzahl von Kanälen, die jeweils eine bekannte gemeinsame Übertragungsrate haben, in ein Zeitmultiplexsignal, mit den Schritten: wiederholtes Erzeugen einer Reihe von Bezugsfrequenzsignalen in Schritten mit einer auf die bekannte Übertragungsrate synchronisierten Wiederholrate, wobei die Anzahl der Bezugsfrequenzsignale gleich der Anzahl der Trägersignale im Frequenzmultiplexsignal ist; Mischen des Frequenzmultiplexsignals und der Bezugsfrequenzsignale, um Zwischenfrequenzsignale zu erzeugen, wobei die paarweise Kombination von Trägersignalen und Bezugsfrequenzsignalen jeweils Zwischenfrequenzsignale mit einer gemeinsamen Frequenz liefert; und Demodulieren der Zwischenfrequenzsignale mit der gemeinsamen Frequenz, um entsprechende Kanaldatensignale zu erzeugen, die dadurch ein Zeitmultiplexsignal bilden.

6. Verfahren nach Anspruch 5, bei dem die Wiederholrate der Folge von Bezugsfrequenzsignalen im wesentlichen das Doppelte der Übertragungsrate ist.

7. Verfahren nach Anspruch 5 oder Anspruch 6, bei dem der Bezugsfrequenzsignalgenerator optische Bezugsfrequenzsignale erzeugt und die Mischung auf optischem Wege stattfindet.

8. Kommunikationssystem mit einer Primärstation (1) und einer Mehrzahl von Sekundärstationen (6), wobei jede der Stationen Signalsendemittel (2) und Signalempfangsmittel (12, nicht gezeigt) hat, einer ersten Kommunikationsverbindung (9, 10), die von der Primärstation zu einem Signalverteilermittel (11) zum Zuführen von Signalen von der Primärstation (1) zu jeder Sekundärstation (6) verläuft, und einer zweiten Kommunikationsverbindung (10), die von einem Signalkombinationsmittel (11), das Signale von jeder der Sekundärstationen empfängt, zur Primärstation (6) verläuft, wobei das Signalsendemittel (2) der Primärstation (1) und die Signalempfangsmittel (nicht gezeigt) der Sekundärstationen (6) eingerichtet sind, Multiplexsignale zu senden bzw. zu empfangen, die Signalsendemittel der Sekundärstationen (6) eingerichtet sind, Signale mit jeweiligen Trägerfrequenzen zu senden, wobei das Signalkombinationsmittel (11), das diese Signale zu einem gemeinsamen Frequenzmultiplexsignal kombiniert, und das Empfangsmittel (12) der Primärstation (1) eingerichtet sind, das gemeinsame Frequenzmultiplexsignal zu empfangen, und die Primärstation eine Vorrichtung (19) zum Umwandeln des gemeinsamen Frequenzmultiplexsignals in ein Zeitmultiplexsignal nach einem der Ansprüche 1 bis 4 enthält.

9. System nach Anspruch 8, bei dem die Kommunikationsverbindungen (9, 10) optische Wellenleiter umfassen.

10. System nach Anspruch 8 oder Anspruch 9, bei dem das Signalverteilermittel und das Signalkombinationsmittel als gemeinsames Element (11) vorgesehen sind und eine gemeinsame Kommunikationsverbindung (10) zwischen dem gemeinsamen Element und der Primärstation (1) vorgesehen ist.