DE3882207T2

DE3882207T2 - Synchronisation eines digitalen Uebertragungsnetzwerks.

Info

Publication number: DE3882207T2
Application number: DE88311255T
Authority: DE
Inventors: John William Ballance
Original assignee: British Telecommunications PLC
Current assignee: British Telecommunications PLC
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1988-11-28
Publication date: 1993-11-11
Anticipated expiration: 2008-11-29
Also published as: CA1327413C; FI107213B; WO1989005078A1; EP0318332A1; DE3882207D1; ATE91834T1; FI902618A0; NO902313L; FI902615A0; US5063595A; JPH03502033A; FI902617A0; DK129890D0; WO1989005077A1; HK134296A; DK130190D0; US5173899A; EP0318335A1; NO302498B1; EP0318333B1

Description

Diese Erfindung bezieht sich auf die Synchronisation von digitalen Übertragungs- bzw. Kommunikationsnetzwerken, z.B. Kommunikationsnetzwerke mit optischen Fasern, die Einzelleitungs-Fernsprechbetriebsaußenstellen bedienen.
EP-A-0131662 offenbart ein digitales Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station, eine Vielzahl von Außenstellen, und ein Übertragungs medium in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen aufweist. Die zentrale Station überträgt einen Strom von Übertragungsrahmen im DS-1-Format. Um eine Außenstelle in Synchronisation für die Rücklaufdaten-Übertragung zu bringen, adressiert die zentrale Station die Außenstelle, weist sie an, daß die Kommunikation über einen gegebenen Zeitschlitz sein wird, und überträgt ein Datenwort in diesem Zeitschlitz. Dies wird rückübertragen in diesem Zeitschlitz in dem Rücklaufrahmen nach Empfang an der Außenstation und ein Zähler zum Messen der Rundumlauf-Verzögerung wird angehalten nach Erkennen des Datenwortes an der zentralen Station. Ein Signal wird zu der Außenstelle gesandt, um sie anzuweisen, zs ihre Übertragungszeit in Übereinstimmung mit der Verzögerung zu ändern, so daß ihre Daten fehlerfrei empfangen werden in diesem Zeitschlitz an der zentralen Station.
Gemäß einem ersten Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein digitales Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt, das eine zentrale Station, eine Vielzahl von Außenstellen, ein Übertragungsmedium in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, das bei Benutzung gemultiplexte Signale für die Außenstellen in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmen-Synchronisations-Signal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einem Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium speziell für die Rücklaufsignale; worin zum Aufbauen der Synchronisation von Signalen, die von den Außenstellen zu der zentralen Station zurücklaufen, die zentrale Station eine Einrichtung zum Übertragen eines ersten Signales zu den Außenstellen, eine Einrichtung, die auf die Empfangszeit eines jeweiligen zweiten Signales von einer Außenstelle reagiert, um eine jeweilige Verzögerung für das jeweilige zweite Signal zu berechnen, und um ein jeweiliges drittes Signal zu der Außenstelle, die für die jeweilige Verzögerung kennzeichnend ist, zu übermitteln, aufweist; und wobei jede Außenstelle eine Einrichtung aufweist, die auf den Empfang des ersten Signales reagiert, um das zweite Signal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Synchronisationsignal zu übetragen, und eine Einrichtung, die auf das dritte Signal reagiert, um die Übertragung des zweiten Signales um den geeigneten Betrag zu verzögern: wobei das Netzwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Außenstelle angeordnet ist, um ihr zweites Signal zeitlich so neu festzulegen, daß es an einer vorbestimmten Stelle bei jeder Rücklaufrahmen-Übertragung von der Außenstelle auftritt, wobei die zeitlich neu festgelegten zweiten Signale von allen übertragenden Außenstellen gleichzeitig an der zentralen Station empfangen werden und tatsächlich ein einzelnes Rahmen-synchronisierendes Signal für die Rücklaufrahmen bilden.
Gemäß einem zweiten Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein digitales Kommunikationsnetzwerk bereitgestellt, das eine zentrale Station 4, eine Vielzahl von Außenstellen 8, ein Übertragungsmedium 2 in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, die bei Benutzung gemultiplexte Signale für die Außenstellen in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmen-Synchronisations-Signal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einem Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium 2 gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium 2' speziell für die Rücklaufsignale; worin zum Aufbauen der Synchronisation von Signalen, die von den Außenstellen zu der zentralen Station zurücklaufen, die zentrale Station eine Einrichtung 60 zum Übertragen eines ersten Signales zu den Außenstellen, eine Einrichtung 88, die auf die Empfangszeit eines jeweiligen zweiten Signales von einer Außenstelle reagiert, um eine jeweilige Verzögerung für das jeweilige zweite Signal zu berechnen, und um ein jeweiliges drittes Signal zu den Außenstellen zu übertragen, die kennzeichnend für die jeweilige Verzögerung sind, aufweist; und wobei jede Außenstelle eine Einrichtung 90 aufweist, die auf den Empfang des ersten Signales reagiert, um das zweite Signal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Synchronisationssignal zu übertragen, und eine Einrichtug 90, die auf das dritte Signal reagiert, um die Übertragung des zweiten Signales um den geeigneten Betrag zu verzögern: wobei das Netzwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Außenstelle 8 angeordnet ist, um, bei Benutzung, ein jeweiliges viertes Signal zu übertragen, das so verzögert ist, daß es an einer jeweiligen vorbestimmten Position bei der Rücklaufrahmen-Übertragung von der Außenstelle auftritt; und dadurch, daß die zentrale Station 4 angeordnet ist, um die empfangenen vierten Signale zu überwachen, zu bestimmen, wenn ein viertes Signal nicht an seiner vorbestimmten Position ist, und ein jeweiliges Korrektursignal zu der jeweiligen Außenstelle zu übertragen, um dadurch die Außenstellen-Synchronisation aufrecht zu erhalten.
Gemäß einem dritten Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt zum Aufbauen einer Außenstellen-Synchronisation in einem Rücklaufrahmen in einem digitalen Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station 4, eine Vielzahl von Außenstellen 8, ein Übertragungsmedium 2 in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, die bei Benutzung die gemultiplexten Signale in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmen-Synchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einem Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium 2 gemultiplext werden oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium 2' speziell für die Rücklaufsignale, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von Senden eines ersten Anweisungssignales zu einer ausgewählten Außenstelle 8, um sie dazu zu veranlassen, ein Rücklauf- Synchronisationssignal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Rahmen-Synchronisationssignal zu der zentralen Station 4 zu senden; Verarbeiten des empfangenen Rücklauf-Synchronisationssignales, um ein zweites Anweisungssignal zu erzeugen, um die ausgewählte Außenstelle 8 dazu zu veranlassen, die vorbestimmte Beziehung zu ändern, und Übertragen von der Außenstelle 8 eines weiteren Rücklauf- Synchronisationssignals bei der geänderten Beziehung: dadurch gekemizeichnet, daß die ausgewählte Außenstelle 8 ihr Rücklauf-Synchronisationssignal zu Beginn eines Abschnittes 54A eines Rücklaufrahmens, der mit dem empfangenen Rahmen-Synchronisationssignal synchronisiert wurde, überträgt, wobei der Abschnitt dem Rücklaufrahmen-Synchronisationssignal überlassen ist, dadurch, daß die zentrale Station 4 die Verzögerung zwischen einer erforderten Empfangszeit des Rücklauf-Synchronisationssignales zu Beginn des Abschnittes 54A des Rücklaufrahmens, das an der zentralen Station 4 empfangen wurde, und die tatsächliche Empfangszeit des Rücklauf-Synchronisationssignales bestimmt, und dadurch, daß die Außenstelle 8 auf den Empfang des zweiten Anweisungssignales antwortet, um die vorbestimmte Beziehung um einen Betrag zu ändern, der der vorbestimmten Verzögerung entspricht, so daß das weitere Rücklauf-Synchronlsationssignal das Empfangene ist an der zentralen Station zu einer erforderten Empfangszeit für das weitere Rücklauf- Synchronisationssignal.
Gemäß einem vierten Gesichtspunkt dieser Erfindung ist ein Verfahren bereitgestellt zum Aufrechterhalten der Außenstellen-Synchronisation in einem digitalen Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station 4, eine Vielzahl von Außenstellen 8, ein Übertragungsmedium 2 in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station 4 und den Außerstellen 8, die bei Benutzung gemultiplexte Signale in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmen-Synchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen 8 passiv in einen Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium 2 gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Medium 2' speziell für die Rücklaufsignale: dadurch gekennzeichnet, daß jede Außenstelle 8 ein jeweiliges Synchronisations-Kontrollsignal zu einer jeweiligen vorbestimmten Zeit in einem Rücklaufrahmen-Synchronisationsabschnitt 54C eines Rücklaufrahmens sendet, und durch Empfangen an der zentralen Station 4 des Synchronisations-Kontrollsignales und Senden eines jeweiligen Befehlssignales zu jeder Außenstelle 8, deren Synchronisations-Kontrollsignal nicht empfangen wurde zu der jeweiligen erwarteten Zeit, um sie zu veranlassen, die Zeitzählung ihrer Rücklaufsignale in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Befehlssignal zu ändern und dadurch zu der Synchronisation in den Rücklaufrahmen zurückzukehren.
Vorzugsweise ist das Netzwerk optisch und stellt eine optische 128-Aufteilung für jede Vermittlungsleitung bereit mit einer 20-Mbit/s-Betriebsbitrate. Diese Bitratenaufteilungs-Kombination erlaubt eine attraktive Menge von Optionen für sowohl Geschäfts- als auch Privatkunden. Demgemäß würde bei einer gewählten maximalen Aufteilung von 128 (120 Kunden plus 8 Testanschlüsse), Kapazität verfügbar sein, um jeden Kunden zu versorgen, falls gewünscht, mit einem ISDN-144kbit/s-Kanal oder äquivalenter Kapazität. Für Gewerbegebiete, wo viele Leitungskunden in der Mehrzahl sind, würde eine niedrigere optische Aufteilung angewandt werden, was erlaubt, daß höhere Kapazitäten pro Kunde geliefert werden. In erster Linie können Netzwerke geplant werden, um Kapazitäten innerhalb der 20-Mbit/s-Versorgerfähigkeit zu liefern, was beträchtlichen Raum läßt zum Verbessern sowohl hinsichtlich des Bereitstellens zusätzlicher Anzahl von 64-kbit/s-Leitungen oder des Einführens, sagen wir, von ISDN-Service.
In einem derartigen Netzwerk ist es bevorzugt, daß alle Systeme entworfen sind nach einem festen optischen Verlustkriterium, das geeignet für die volle 128-Weg-Aufteilung ist, ungeachtet des tatsächlichen Aufteilungsgrades, der anfänglich von der ersten Kundenmenge gefordert wurde. Dies würde eine große Planungsflexibilität geben, die zusätzlichen Kunden erlaubt, mit dem Netzwerk verbunden zu werden, wenn die Nachfrage ansteigt. Demgemäß würden alle Stufen der 128-Weg-Matrix am Anfang implementiert werden, was die volle Verlustspezifikation gibt, aber nur mit der minimalen Anzahl von Kopplern, die installiert sind, um Verbindungen zu den anfänglichen Kunden bereitzustellen.
Obwohl ein Netzwerk bereitgestellt werden kann, das ein voll passives optisches Netzwerk mit einer direkten Faserversorgung zu verschiedenen Gewerbe- oder Privatkunden bereitstellt, kann es verbunden sein mit einigen elektrischen Verbindungen, um eine hybride Variante bereitzustellen, bei der es einen aktiven elektronischen Knoten an der DP- und Kupferverbindung zu dem Anschlußinhaber gibt, die aber kompatibel ist mit, und voll verbesserbar zu, dem optischen Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung. Ein solches System kann sich als am wirtschaftlichsten erweisen für das frühe Eindringen auf den Privatmarkt, wo die Kostenziele für den Telefondienst am strengsten sind.
Ein anderer wichtiger Vorteil der vorliegenden Erfindung ist die Netzwerkentwicklung. Diese Architektur bietet beträchtliche Gelegenheit zur Entwicklung gegen das Breitband-Multidienst-Netzwerk der Zukunft über die Hinzufügung von getrennten optischen Wellenlängen, die die neuen Breitband-Dienste auf dem gleichen passiven optischen Netzwerk tragen. Dies sollte möglich sein ohne Unterbrechen oder Erhöhen der Kosten des ursprünglichen Dienstes, vorausgesetzt eine geeignete Planung und Vorkehrung wurde getroffen zur Zeit der anfänglichen Installation.
Die Komponententeile des optischen Netzwerkes des Anmelders können zweckmäßigerweise klassifiziert werden unter den Hauptthemenbereichen von I) optischer Technologie und Entwurf des optischen Systems, II) äußere optische Anlage, III) Bit-Übertragungssystem-Entwurf, IV) Netzwerkschnittstellen- und Gesamtsystem-Entwurf und V) Netzwerkverwaltung und -testen, die jetzt der Reihe nach diskutiert werden.

I. Optische Technologie und Entwurf eines optischen Systems

a) Netzwerk-Topologie

Die Wahl der Topologie ist eine wichtige Betrachtung beim Minimieren der Gesamtkosten des Netzwerkes. Es gibt verschiedene Topologien, die implementiert werden können, um ein passives optisches Netzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung bereitzustellen. Schlüsselpunkte bei der letztendlichen Wahl werden sein: Beschaffungs- und Unterhaltskosten, bereitgestellte Dienste, Wachstumstrategie und Entwicklungspotential zu Breitbanddiensten. Für jede Option, die in Betracht gezogen werden kann, müssen die anfänglichen Netzwerk-Kostenargumente ebenfalls sorgfältig gegen das Potential für zukunftige Entwicklung gewichtet werden. Die Wahl umfaßt voll bi-direktionales Arbeiten, teil-bi-direktionales Arbeiten, getrennte vorgeschaltete und nachgeschaltete Verbindungen zwischen der Vermittlung und einem Kunden, und die Benutzung von Kupferdraht in den Verbindungen zwischen der DP und einigen Kunden in einem ansonsten vollständig optischen Fasernetzwerk.

b) Optische Aufspaltungs-Technologie

Die optischen Leistungsaufspalter sind zweckmäßigerweise verschmolzene Faserkoppler. Längerfristige Optionen jedoch, wie z.b. holographische Vorrichtungen, wenn sie voll entwickelt sind, können die Einrichtungen zum Erreichen möglicherweise niedrigerer Kosten bereitstellen.

c) Kunden-Laser-Übertrager-Modul

Der Kunden-Laser ist eine der kritischsten Komponenten, die die Kosten für den Kunden beeinflußt. Die detaillierten operationellen Erfordernisse für jede Vorrichtung, von denen gefordert wird, daß sie niedrig in Kosten sind, bestimmen besonders die Wahl beim Baueinheitenentwurf, der Antriebs- und Schutzelektronik und der Laserzuverlässigkeit (gekoppelt mit Umwelt-Leistungsfähigkeit). Zum Beispiel ist eine ungekühlte Baueinheit wahrscheinlich wünschenswert für ein wenig kostendes Übertrager-Modul, um den Leistungsverbrauch zu reduzieren, den Baueinheiten-Entwurf und -zusammenbau zu vereinfachen, und die Gesamtübertragerkosten zu reduzieren. Das Entfernen des Kühlers resultiert jedoch darin, daß die Temperatur des Lasers unkontrolliert ist, mit einem sich daraus ergebenden Anwachsen der Laserverschlechterungsrate am oberen Ende des Umgebungstemperaturbereiches. Zusätzlich wird die Temperaturabhängigkeit der Laser-/Faserkopplung kritischer werden. In dem System werden hohe Impulsleistungen erfordert, um die Aufspaltungsverluste des Netzwerkes zu überwinden. Wenn übermäßige optische Spitzenleistungen vermieden werden sollen (was zu hohen Stromdichten und niedriger Zuverlässigkeit führt), dann werden wenig kostende Baueinheiten mit guter Kopplungseffizienz wünschenswert sein. Obwohl die zur Zeit anvisierte Bitrate von 20 Mbit/s die Benutzung von wenig kostenden CMOS-VLSI erlauben, können Übertrager/- Empfänger; die bei 45 bis 50 Mbit/s arbeiten, alternativ bereitgestellt werden. Derartige Vorrichtungen, obwohl sie teuerere Elektronik benutzen, können tatsächlich insgesamt billiger sein, wenn man daran denkt, daß Baueinheitenkosten wahrscheinlich dominant sein werden. Die letzteren werden hauptsächlich durch den Grad der begangenen Fabrik-Investition/-Automation beeimlußt werden, die wiederum bestimmt sein wird durch das erwartete Produktionsvolumen.
Es wird geschätzt werden, daß das vorhergehende sich auf die Kosten der Implementierung eines Netzwerkes wie es in der hier vorliegenden Erfindung beschrieben ist, bezieht, und das teurere Laservorrichtungen angewandt werden könnten, obwohl dies wahrscheinlich in ansteigenden Kosten resultieren würde.
Der Kunden-Übertrager wird vorzugsweise bei einem niedrigen Arbeitszyklus betrieben, wie in der vom Anmelder angemeldeten UK-Patentanmeldung UK 8900069, eingereicht am 5. Januar 1987, beschrieben ist. Weiterhin ist es bevorzugt, daß der Laserausgabepegel gesteuert wird durch Fernüberwachen durch die Vermittlung, wie beschrieben in der von dem Anmelder ebenfalls anhängigen UK- Patentanmeldung 8710736, eingereicht am 6. Mai 1987, was das Weglassen der Überwachungsphotodiode von dem Kunden-Übertrager erlaubt oder sie freimacht, damit sie als Detektor benutzt werden kann.

d) Empfänger-Modul des Kunden

Der Empfänger des Kunden wird fast die gleichen Preisreduktionen erfordern wie das Übertrager-Modul, um ein wirtschaftliches Eindringen des Netzwerkes zum Kunden mit wenig Leitungen sicherzustellen, aber es wird betont, daß dies nicht erreicht werden kann auf Kosten reiner optischer Leistung, da dies gegenteilig den optischen Leistungshaushalt beeinflussen würde und demzufolge die Netzwerk- Gesamtkosten.

e) Optische Blockierfilter

Ein optischer Blockierfilter ist eine bevorzugte Komponente, da sie sicherstellt, daß zukünftiges Verbessern des Netzwerkes möglich ist, ohne exististierende Kunden des Fernsprechbetriebs zu stören. Für einige Netzwerk-Topologie-Optionen (z.B. Voll-Duplex) kann es mithelfen beim Bewältigen der Übersprechprobleme, die von Reflexionen herrühren. Demgemäß, wenn verschiedene Wellenlängen benutzt werden in den stromabwärtigen und stromaufwärtigen Richtungen, können Engbandfilter benutzt werden, um reflektiertes Licht zu diskriminieren, bevor es die optischen Empfänger erreicht.
Verschiedene Technologien sind, oder werden es sein, verfügbar mit Gitter-, Interferenz- und holographischen Vorrichtungen, die eine Möglichkeit anbieten zum Erzielen von Vorrichtungen mit niedrigen Kosten.
Eine Anfangsanalyse zeigt an, daß der optimale Ort für den Filter, um Kosten und operationelle Schwierigkeiten zu minimieren, innerhalb des Empfängers des Kunden ist. Optionen umiassen Zwischenlegen von Splittern von dichromatischer Gelatine (DCG), dieelektrischer Vielschicht-Interferenz oder ein Photopolymer-Filter der Empfänger-Photodiode und der Baueinheitsendfaser oder Ablagern von dielektrischem Vielschicht- oder anderem Filtermaterial direkt auf die Empfängerphotodioden bei der Waferstufe. Andere Annäherungen zum Montieren des Filters werden unten betrachtet werden.

f) Optische Vermittlungsausrüstung

Die optische Vermittlungsausrüstung, obwohl nicht so kostenempfindlich wie die Kundenausrüstungsvorrichtungen, hat eine forderndere Leistungsfähigkeitsspezifikation. Der Laser-Übertrager benötigt eine hohe mittlere Ausgabeleistung und eine gut gesteuerte und eng spezifizierte Zentrumswellenlänge. Vorzugsweise wird eine Quelle mit einer einzelnen longitudinalen Mode (z.B. DFB- oder DBR- Laser) benutzt, um sicherzustellen, daß nur eine minimale Breite eines optischen Spektrums dem anfänglichen Telefondienst zugewiesen werden muß, wobei demgemäß so viel wie möglich eines nützliches Spektrums für zukünftiges Dienstwachstum bewahrt wird. Von dem Empfänger wird gefordert, empfindlich zu sein und Zeitzählungsflackern, aufgrund mangelhafter Entfernungsverzögerungkompensation, und ungleiche optische Leistung bei benachbarten Bits, aufgrund von ungleichen Wegdämpfüngen und Kundenlaser-Ausgabeleistungstoleranzen, zu bewältigen. Demgemäß wird es bevorzugt, daß der Empfänger ein D/C-gekoppelter Entwurf ist oder zumindest einen Schwellenpegel in dem Entscheidungsschaltkreis hat, der D/C- gekoppelt ist bezüglich des Nullpegels des optischen Bitstromes.

II. Äußere optische Anlage

a) Entwurf eines passiven Netzwerkes

Idealerweise ist das Netzwerk entworfen, um in der Lage zu sein, zu wachsen und sich zu ändern, beides hinsichtlich auf Fernsprechbetriebskunden, die hinzugefügt werden und in Hinsicht auf neue Dienste (Wellenlängen). In seiner bevorzugtesten Form, ein Voll- Duplex-, verzweigtes Netzwerk, sind der Wellenlängenbereich der Anlage und die Empfindlichkeit des Netzwerkes bezüglich Reflexionen kritische Gesichtspunkte, die signifikante Auswirkungen auf die Größe des Netzwerkes und die Spezifikationen, die jeder Komponente auferlegt werden, haben. Studien des Anmelders haben gezeigt, daß die Auswirkung von Reflexionen signifikant ist, und daß ihre Auswirkungen in Betracht gezogen werden müssen, es sei denn, daß ein voll verdoppeltes Fasernetzwerk benutzt werden soll stromaufwärts und stromabwärts. Der Wellenlängenbereich der Anlage ist wichtig für die Hinzufügung von neuen Dienstwellenlängen. Die Wellenlängenflachheit jeder Komponente und ein Gesamtanpassen der Komponenten, um den Leistungshaushalt zu optimieren, müssen bei dem Entwurf eines Netzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung in Betracht gezogen werden.

b) Komponenten

Optische Elemente sind hier Wellenlängen-abgeflachte Kopplermatrizen, optische Blockierfilter; Verbindungsglieder zur Benutzung bei der Ausrüstung des Kunden und Spleißtechniken, die geeignet sind zum Gebrauch in einem großen Bereich in allen Umgebungen. Die ersten zwei Punkte auf dieser Liste wurden schon diskutiert oben in Abschnitt I. Ein optischer Interferenz-(oder anderer)-Filter kann alternativerweise in ein Verbindungsglied eingebaut sein beim bzw. je nach Vorgabe des Kunden. Die alternative Strategie das Verbindungsglied des Kunden wegzulassen und ihn mit einer "festverdrahteten" Näherung zu verbinden ist eine andere Möglichkeit. Andere Verfahren den optischen Filter in das System einzubauen können in Betracht gezogen werden, einschließlich z.B. Vorrichtungen auf Faserbasis, die aufgeteilt werden müssen, entweder in der Kundenausrüstung oder in der optischen Einieitungsverkabelung.

III. Entwurf eines Bit-Übertragungssystems

a) Das Bit-Übertragungssystem (BTS) des Netzwerkes kann letztendlich ungleichartige Dienste tragen müssen und Schnittstelle dazu sein müssen, z.B.
- Analoger Fernsprechbetrieb - aus-dem-Kanal-Nachrichtenübermittlung ( 64 + 8 kbit/s)
- Analoger Fernsprechbetrieb - in-Kanal-Nachrichtenübermittlung (64 kbit/s)
- Basisraten-ISDN ( 2 x 64 + 16 kbit/s)
- Primärraten-ISDN (2048 kbit/s)
Obwohl von dem Hauptanfangserfordernis erwartet wird, daß es analogen Fernsprechbetrieb ohne aus-dem-Kanal-Nachrichtenübermittlung (64 + 8 kbit/s) trägt, ist es sehr wünschenswert ein BTS zu entwerfen mit einer Rahmen- und Kanalzuweisungsstruktur; die alle die Dienste tragen kann, die oben genannt wurden, nur durch Ändern der Dienstzugriffeinheiten. Dies ist z.B. wichtig für die zukünftige Kompatibilität mit neuen Diensten.
Die höchste Bitrate mit einem gemeinsamen Faktor für die obigen Beispieldienste ist 8 kbit/s. Weil diese Rate auch die Abtastrate für Sprechdienste ist, entsprechend zu einer 125-us-Basisrahmenperiode, entspricht jedes Bit innerhalb des 120-us-Rahmen einem 8- kbit/s-Basiskanal. Ein Kundendienst wird dann bereitgestellt durch Zuweisen einer ganzzahligen Nummer von diesen 8-kbit/s-Kanälen, z.B. würde analoge Sprache mit aus-dem-Kanal-Nachrichtenübermittlung 9 Kanäle, jeder von 8 kbit/s, zugewiesen werden, die angeordnet sind, um die Sprachvollständigkeit zu bewahren, die 9 Bits in dem 125-us-Basisrahmen entspricht, einem Basisraten-ISDN-Dienst würden 18 solche 8-kbit/s-Kanäle, d.h. 18 Bits in dem Basis-125-us- Rahmen zugewiesen werden.
Zusätzlich zu den Informationskanälen in dem Basisrahmen wird es ebenfalls einen 8-kbit/s-Überwachungskanal für jeden optischen Kundenendabschnitt geben. Dieser wird Überwachungsnachrichten tragen. Das heißt, daß ein Kunde, der 1 analogen Fernsprechkanal mit aus-dem-Kanal-Nachrichtenübermittlung anfordert, eine Gesamtheit von 10 Basis-8-kbit/s-Kanälen haben würde, die ihm zugewiesen sind, und entsprechend würde einem Basisraten-ISDN-Kunden eine Gesamtheit von 19 Basis-8-kbit/s-Kanälen zugewiesen werden.
Eine weitere Möglichkeit für die Basisrahmenstruktur ist die Benutzung eines bitüberlappenden Protokolls, um jeden Vorteil, der gewonnen werden soll durch Betreiben des Kundenlasers bei einem niedrigen Arbeitszyklusmodus zu maximieren, wobei die gleiche Rahmenstruktur für beide Übertragungsrichtungen zurückbehalten wird. Dies heißt, daß statt Übertragen der Bits (8-kbit/s-Kanäle), die zu einer einzelnen Kundenanordnung zugewiesen sind, sie vielmehr völlig gleichmäßig über die 125-us-Basisrahmenperiode verteilt werden würden.

b) Selbst-Entfernungsbesümmungs-System

Periodisch muß in der gesamten Struktur Freizeit (wenn Dienstdaten nlcht übertragen werden) reserviert werden für den Entfernungsbestimmungsprozeß. Der Zeitbetrag, der zum Entfernungsbestimmen reserviert ist, bestimmt den geographischen Abstand, über den das Entfernungsbestimmen ausgetragen werden kann. Die Frequenz, bei der Entfernungsbestimmen auftritt, bestimmt den Bitraten-Überhang, der auftreten wird. Um die Zeitzählungs- und Synchronisationsausgaben zu vereinfachen, sollte die Entfernungsbestimmungsperiode ganzzahlige Vielfache der Basisrahmenperiode (125 us) sein. Eine 125-us-Rahmenperiode erlaubt eine geeignete Zeit, um über einen geographischen Abstand von 10 km die Entfernung zu bestimmen, während 250 us Entfernungsbestimmen über 20 km erlauben wird. Um den Bitraten-Überhang zu ungefähr 1% zu reduzieren, ist eine 10 ms Periodizität zum Entfernungsbestimmen möglich (dies entspricht 80 Basisdatenrahmen, die von einem Entfernungsbestimmungsrahmen gefolgt werden, einem Bitraten-Anwachsen von 81/80).
Vorzugsweise gibt es drei Ebenen oder Phasen von Entfernungsbestimmen:
Phase-1-Entfernungsbestimmen tritt auf für optische Endabschnitte (OT), wenn sie zuerst mit dem System verbunden sind. In diesem Fall hat das Vermittlungsende keine Information zieht man die Fahrtverzögerung zu und von dem OT in Betracht. Das Vermittlungsende wird daher die Entfernungsbestimmungsperiode nutzen, um diese Fahrtverzögerung zu messen und dann darauffolgend den neu angepaßten OT informieren, welche örtliche Verzögerung für richtige Zeitzählung festzulegen.
Phase-2-Entfernungsbestimmen tritt auf für Endstellen, die schon mit dem Netzwerk verbunden sind, wenn ein neuer Anruf veranlaßt wird, oder wenn die optische Endstelle angeschaltet wird nach Trennung von der örtlichen Leistungszufuhr. In diesem Falle wird das Entfernungsbestimmungsprotokoll die Verzögerungsperiode, die zuvor zu einem OT zugewiesen wurde, kontrollieren, und, wenn notwendig, kleine Korrekturen machen. Um die Laserlebenszeit zu maximieren wird anvisiert, daß die OT's nicht übertragen werden, es sei denn, daß sie Fernsprechverkehr tragen, dadurch wird Entfernungsbestimmen nicht auftreten für ungenutzte Endstellen.
Phase-3-Entfernunggsbestimmen wird automatisch und periodisch ausgeführt, während ein OT Fernsprechverkehr trägt. Das Vermittlungsende wird die Zeitzählung überwachen von jeder aktiven Endstelle und diese Endstellen anweisen (die die Fernsteuerungskanäle benutzen) geringfügige Korrekturen an den örtlichen Verzögerungen zu machen, wenn irgendeine der Zeitzählungen zu driften beginnt. Die Entfernungsbestimmungsfunktion stellt die Mittel zum Synchronisieren der Daten jedes Kunden in der stromaufwärtigen Richtung bereit, wobei sie verschiedene Leitungslängen und Schwankungen bei der Ausbreitungsverzögerung durch das Netzwerk kompensiert. Automatisches Entfernungsbestimmen wird erfordert werden, um periodisch kleinere Einstellungen zu machen, um jede Zeitzählungsdrift zu korrigieren. Die Bereitstellung eines Bereitschafts-Batteriesystemes für den Kunden-Netzwerkendabschnitt ist notwendig, um den Fernsprechdienst während Perioden von Hauptausfällen aufrecht zu erhalten.

IV. Netzwerkschnittstelle und Gesamtsystem-Entwurf

Das BTS, das in dem vorhergehenden Abschnitt diskutiert wurde, stellt eine Einrichtung zum Übertragen von Bits über das passive optische Netzwerk bereit. Geeignete Schnittstellen werden benötigt zwischen der BTS und der digitalen Vermittlung, und zwischen der BTS und dem Gerät des Kunden, um Diensten zu ermöglichen, getragen zu werden, die die Gesamtanforderungen des Kommunikationsnetzwerkes erfüllen. Das Gesamtsystem umfaßt Testen, Netzwerkkoppeln, Zuverlässigkeit, Netzwerkverwaltung, Leistungszuführen usw.

a) Dienst

Es wird erwartet, daß es die primäre Dienstanfordernng eines Netzwerkes gemäß der Erfindung ist analoger Fernsprechbetrieb zu sein. Ein derartiger Dienst muß kosteneffektiv zwischen einer analogen Direktvermittlungsleitungs-Schnittstelle beim Kunden und einer DASS- 2-2.048 Mbit/s-Schnittstelle zu dem mit 64 kbit/s geschalteten Netzwerk getragen werden. Neben analogem Fernsprechbetrieb gibt es auch eine breite Anzahl von anderen Diensten, die zur Zeit auf eine analoge Weise über das lokale Kupferpaar-Netzwerk unterstützt werden. Die BTS-Rahmenstruktur und -protokolle sollten flexibel genug sein, um Basisraten-ISDN- oder CATV-Nachrichtenübermittlung zu übertragen. Es ist ein wichtiges Prinzip, daß die Hinzufügung von zukünftigen neuen Diensten nicht vorbeschränkt ist durch einen restriktiven "Nur-Fernsprechbetriebt"-Entwurf. Jedoch kann die Bereitstellung eines Netzwerkes mit minimalen Kosten mit diesen Zielen in Konflikt geraten und eine feine Bilanz muß gezogen werden. Die Verfahren, die benutzt werden können, um zusätzliche Dienste bereitzustellen, umfassen verstärkte Benutzung von TDM durch Erhöhen der Bitrate und Erweitern der Rahmenstruktur, die Einführung von WDM, und die Bereitstellung von zusätzlichen Fasern. Diese Verfahren werden unten beschrieben werden.

b) Netzwerk- und Kundenschnittstellen

Ein primäres Erfordernis für das UK-Netzwerk wird sein, das Netzwerk mit dem mit 64 kbit/s geschalteten Netzwerk zu koppeln über 2048-Mbit/s-DASS-2-Verbindungen mit statistisch gemultiplexter Nachrichtenübermittlung im Zeitschlitz 16. Protokollumwandlung wird dann erfordert sein an dem Vermittlungsende, um von der mit dem Kanal verbundenen Nachrichtenvermittlung über das BTS zu der statistisch gemultiplexten Form zu wechseln, die benötigt wird an der digitalen Vermittlung. Es wird nötig sein, mit dem Basisraten-ISDN auf eine ähnliche Weise zu verfahren, wobei eine I-Folgen-zu-DASS- 2-Umwandlung benötigt wird. An einem Punkt in der Zukunft jedoch wird das mit 64 kbit/s geschaltete Netzwerk in der Lage sein I-Folgen-Protokolle durchzuführen, was erlauben wird, daß die I- Folge-zu-DASS-2-Umwandlung weggelassen werden kann. Die Spezifikation für die Schnittstelle des analogen Fernsprechbetriebskunden ist definiert in BTNR 315, aber nur hinsichtlich der Schnittstelle an der Vermittlung, nicht an dem Endabschnitt des Kunden.
Eine Reihe von Kundeneinheiten wird anvisiert, um den Vielleitungs- Gewerbebenutzer bis zu dem Einzelleitungs-Heimbenutzer zu befriedigen. Eine Modularität der Basiselemente wird grundlegend für jeden Kundeneinheitenentwurf sein, um operationelle Flexibilität zu erlauben. Schleifentrennen und MF4-Nachrichtenübertragung werden untergebracht werden können.

c) Verkabelung

Viele der Probleme auf diesem Gebiet sind üblich für alle Netzwerke. Es ist wahrscheinlich, daß sich Modifikationen zu existierenden Lösungen als geeignet erweisen für die Vermitflungsgehäuse-Schaltschrank- und die Schaltschrank-DP-Verbindungen. Die Straßen- Multiplex-Version des Netzwerkes wird nicht sehr anfordernde Kabelentwicklungen erfordern.

d) Leistungszuführung

Der Netzwerkendbereich zum Kunden wird verbunden werden mit der Wechselstrom-Leistungsversorgung, die von dem Kunden bereitgestellt wird. Dies ist eine Abkehr von der gebräuchlichen Praxis bei dem Kupferpaar-Netzwerk die Leistung von der lokalen Vermittlung einzuspeisen.

e) Gehäuse

Ein anfängliches Ziel ist es, Komponenten innerhalb existierender Gehäuse in modularen Formaten zu montieren.
Die DP-Anordnung benötigt, um einer Betrachtung der DP-Strategie zu folgen, angepaßt zu werden (z.B. Herabfallen des Kabelendes an der Leitungsmastspitze oder in dem Fußwegkasten). Auf eine ähnliche Weise gibt es Optionen für den Endbereich des Kunden (im Haus, in der Garage usw.), die eine Entwicklung benötigen werden vor einer Ausrüstungsentwicklung. Mit der physikalischen Sicherheit des Endabschnittes des Kunden soll klar ein Punkt angesprochen werden, zusammen mit den Punkten von Leistungszuführung, Batterie- Reserve usw. In der Tat ist es wahrscheinlich, daß der Kunde zwei Gehäuse fordern wird, eines, um von dem einfallenden Kabel zu dem internen Kabel zu wechseln, und das andere, um die Elektronik, Batterien usw. aufzunehmen.
Die Betrachtung der Straßen-Multiplex-Option ergibt im wesentlichen, daß ein extra Gehäuse entworfen werden muß, und verschiebt einige der Endabschnittprobleme zu dem externen Netzwerk. Somit müssen die Leistungszufuhr- und Umweltpunkte für diesen Bereich angesprochen werden.

V. Netzwerkverwaltung und -Testen

Netzwerkverwaltung stellt die Mittel bereit, um das Netzwerk auf eine effiziente und zuverlässige Weise zu betreiben und zu unterhalten. Die Einrichtungen, die erfordert sind, um einen hohen Grad von entfernter zentralisierter Verwaltung zu implementieren, umfassen das Überwachen des Ausrüstungszustandes, Testen und Diagnose aus der Ferne, Störungsberichten und Analyse, Korrelations- und Wiederherstellungsverfahren, Netzwerkinitialisierung, Konfiguration- und Betriebsmittelmanagement.
Das allgemeine Netzwerk-Unterhaltsziel wird sein Störungen schnell zu erfassen und zu reparieren mit minimalen Kosten und Unterbrechung des Kunden. Idealerweise sollte dies sein mit Hilfe von Erfassen leichter Abwandlungen des Dienstes, und nicht durch Warten bis die Störung ernsthaft den Dienst beeinflußt. Zentralisierte Netzwerkverwaltung und Diagnose sollte den Erwartungswert der Störungslokalisierung bei einem geeigneten Niveau bereitstellen, so daß eine Störungskorrektur bei einem einzigen Besuch durch einen ausgebildeten Techniker auftreten wird.
Einige Unterhaltsfünktionen können in die DASS-2-Botschaften eingebaut werden, die über die 2048 Mbit/s-Schnittstellen über die Vermittlung zu dem Ein-Betriebs- und Unterhalts-Zentrum OMC durchlaufen. Andere Funktionen jedoch werden möglicherweise von einem Netzwerk-Verwaltungszentrum gemanagt werden müssen, das Daten von den Netzwerk-Überwachungskanälen einer Anzahl von Kundenausrüstungen sammeln kann.
Spezifische Ausführungsbeispiele der vorliegenden Erfindung werden jetzt beschrieben werden, nur beispielhaft und mit Bezug auf die begleitende Zeichnung, bei der
Fig. 1 ein schematisches Diagramm eines Kommunikationnetzwerkes mit einer optischen Faser ist;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm des Netzwerkes von Fig. 1 ist, angeordnet für einen voll bi-direktionalen Betrieb;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm eines Netzwerkes ist, das angeordnet ist für einen teil-bi-direktionalen Betrieb;
Fig. 4 ein schematisches Diagramm eines Netzwerkes ist, das getrennte stromaufwärtige und stromabwärtige optische Pfade zwischen einem Kunden und einer Vermittlung hat;
Fig. 5 ein schematisches Diagramm eines Netzwerkes ist, bei dem Kunden-Endstellen zu einer DP über Kupferpaare verbunden sind;
Fig. 6 ein schematisches Diagramm einer verschmolzenen optischen Kopplermatrix zum Gebrauch mit den Netzwerken der Fig. 1 bis 5 ist;
Fig. 7 ein schematisches Blockdiagramm eines BTS zur Benutzung mit den Netzwerken der Fig. 1 bis 5 ist;
Fig. 8 ein schematisches Blockdiagramm eines sicheren Übertragungsmoduls ist, das benutzt werden kann in Kundenendstellen der Netzwerke der Fig. 1 bis 5;
Fig. 9 ein schematisches Diagramm eines Multiplexsystems ist, benutzbar mit einem Netzwerk, wie in Fig. 1 gezeigt;
Fig. 10 ein schematisches Diagramm einer experimentellen Anordnung ist, die ein vollinstalliertes Netzwerk simuliert;
Fig. 11 eine Tabelle ist, die die möglichen Verbesserungen eines grundlegenden Fernsprechnetzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung und die verbundenen technologischen Verbesserungen, von denen erwartet, daß sie erfordert werden, um die Verbesserungen bereitzustellen, zeigt;
Fig. 12 bis 14 drei Stufen einer möglichen Entwicklung eines Netzwerkes gemäß der vorliegenden Erfindung zeigen, die anfänglich einen Fernsprechdienst nur zu einem ausgedehnten Vieldienst-Netzwerk tragen;
Fig. 15 bis 19 die Rahmenstruktur der BTS, gezeigt in Fig. 7, zeigen;
Fig. 20 bis 22 das Kopfende des BTS der Fig. 7 zeigen; und
Fig. 23 bis 25 das Kundenende des BTS der Fig. 7 zeigen.
Bezüglich Fig. 1 ist das grundlegende Konzept eines Netzwerkes gezeigt, in dem die vorliegende Erfindung implementiert werden kann. Ein Kommunikationsnetzwerk 2 mit optischen Fasern ist gezeigt, in dem eine Vermittlung 4 durch optische Einzelmodefasern 6 mit 120 Kunden 8 verbunden ist, von denen nur einer zur Verdeutlichung gezeigt ist. Eine optische Zwei-Niveau-Aufspaltung wird angewandt bei dem Gehäuse und dem DP-Niveau mittels optischen wellenlängenabgeflachten Kopplern 10 bzw. 12.
Jeder Kunde 8 empfängt eine Faser 14 von einer DP, und über diese eine TDM-Signalübertragung von der Vermittlung 4. Die Ausrüstung des Kunden greift auf die einzelnen Zeitschlitze des TDM zu, die zu dieser Bestimmung gedacht sind, sowie auf jeden der verbundenen Nachrichtenübertragungskanäle. Ein weiterer Schnittstellenschaltkreis (nicht gezeigt) stellt die detaillierten Dienste, die von dem Kunden angefordert werden, bereit, d.h. analogen Fernsprechbetrieb oder ISDN-Dienste. Kunden übertragen digitale Sprache oder Daten zurück zu der Vermittlung, wobei sie OTDMA bei einem niedrigen Arbeitszyklusmodus benutzen, wobei die konvergierenden Fernsprechverkehrströme passiv überlappen an der DP und den Schaltschrank-Verzweigpunkten. Richtige Zeitzählung wird durch Synchronisieren der Ausrüstung des Kunden mit einem Vermittlungstakt erreicht durch Benutzen eines Entfernungsbestimmungsprotokolls, um eine digitale Verzögerungsleitung in der Ausrüstung des Kunden festzulegen, um auf freie Zeitschlitze bei dem Vermittlungsempfänger zuzugreifen.
Zwei zusätzliche Amplitudenschwellen sind bereitgestellt an dem Vermittlungsempfänger; die Überwachen und Steuern der empfangenen Amplitude erlauben. Jeder Zeitschlitz des Kunden wird sequentiell abgetastet und seine Übertragungsleitung wird über einen stromabwärtigen Datenfernübertragungsweg eingestellt, so daß das empfangene Signal zwischen die beiden Schwellen fällt. Einer der Vorteile dieses Ansatzes ist, daß es nicht notwendig ist, eine Überwachungsphotodiode bei jedem entfernten Übertrager bereitzustellen.
Die Kosten des Übertragers des Kunden können weiter reduziert werden, weil er bei einem niedrigen Arbeitszyklusmodus arbeitet. Durch Arbeiten in diesem Modus wird keine Temperatursteuerung der Quelle benötigt. Der Arbeitszyklus hängt davon ab, auf wie viele Zeitschlitze zugegriffen wird, und für einen Einzelleitungskunden können sie so niedrig wie 1:128 sein.
Vorläufige Systementwurfsbetrachtungen favorisieren eine optische Aufspaltung von bis zu 128 Wegen und eine Übertragungsrate von 20 Mbit/s. Dies erlaubt eine ansprechende Menge von Dienstoptionen für sowohl gewerbliche als auch Heimkunden. Ausreichende Kapazität ist verfügbar; um bis zu 120 Kunden (was 8 freie Testanschlüsse erlaubt) mit einer 144-kbit/s-ISDN-Verbindung zu speisen. Gewerbliche Kunden, die größere Kapazitäten fordern, würden auf viele Zeitschlitze, wie erfordert, bis zu der maximalen Kapazität des Systemes zugreifen.
Da stromabwärtiger Fernsprechverkehr übertragen wird, erfordert der Systementwurf Maßnahmen, um die Kommunikationssicherheit sicherzustellen. Gelegentlicher Zugriff auf Zeitschlitze kann verhindert werden durch einen geeigneten Entwurf der Endstelle 8 des Kunden. Auf Zeitschlitze wird zugegriffen gemäß der Festlegung der digitalen Verzögerungsleitung in der Ausrüstung des Kunden. Diese Funktion ist ferngesteuert durch die Vermittlung 4. Verschlüsselung und Zeitschlitzüberspringen sind andere Maßnahmen die als notwendig erachtet werden können.
Bezüglich jetzt auf Fig. 2 ist das optische Netzwerk 2 der Fig. 1 angeordnet für voll-bi-direktionalen Betrieb. Probleme mit Reflexionen und die Verluste des Duplexkopplers werden reduziert durch Betrieb des Netzwerkes mit verschiedenen stromaufwärtigen und stromabwärtigen Wellenlängen. Demgemäß mit dem stromabwärtigen von der Vermittlung 4 Fernsprechverkehr; der bei 1550 nm getragen wird, und dem stromaufwärtigen bei 1330 nm, können die Koppler 16 an jedem Ende des Systems entworfen werden, um viel niedrigerere Einfügungsverluste zu haben. Zusätzlich vermindert die Benutzung von optischen Blockierfiltern 10 an den Kundenendstellen-Empfängern, um das reflektierte Licht zurückzuweisen, Übersprechprobleme beträchtlich, obwohl natürlich auf Kosten der Bereitstellung der Filterfunktion.
Das voll-bi-direktionale Netzwerk hat den Vorteil die Menge von installierten Fasern zu minimieren, leidet aber stärker unter möglichen Übersprechproblemen als die anderen Netzwerke, daher der Gebrauch von getrennten stromabwärtigen und stromaufwärtigen Wellenlängen und der Gebrauch von Filtern 18. Das Netzwerk benutzt ein Minimum von 2N Kopplern (wobei N die Anzahl von Kunden ist, wobei es zwei Koppler pro Kunde gibt). Das Übersprechen tritt auf durch Licht, das von jedem unabgeschlossenen Faserende zurückreflektiert wird in das Netzwerk (wenn die Enden vorbereitet werden z.B., um neue Kunden einzuspleißen). Ein zusätzlicher Nachteil dieser Voll-Duplex-Topologie ist, daß die Aufspalter; die an jedem Ende des Systems erforderlich sind, zu einem Anwachsen von ungefähr 6 bis 7 dB von optischen Wegverlusten führen gegenüber anderer Topologien.
Ein alternatives Netzwerk ist in Fig. 3 gezeigt, in dem die Koppler 16 der Fig. 2 eingebaut sind in den Schaltschrank und die DP-Aufteiler; die letzteren für Kunde 8 sind als Aufspalter 20 gekennzeichnet. Dies benutzt ein Minimum von 2N-1 Kopplern, einen weniger als das Voll- Duplex-Netzwerk, erfordert aber mehr Faser. Es hat auch einen zusätzlichen optischen 3 bis 3,5 dB-Leistungshaushalt verfügbar, der benutzt werden könnte, um die optische Aufspaltungsgröße zu vergrößern (und demzufolge die Menge von Fasern pro Kunde zu reduzieren) oder die Systemtechnikgrenzen zu lockern. Wieder kann eine weitere Unterscheidung von Reflexionen erhalten werden durch Anwenden verschiedener stromaufwärtiger und stromabwärtiger Wellenlängen und optischem Filtern.
Bezüglich jetzt zu Fig. 4 ist ein Kommunikationsnetzwerk mit optischer Faser gezeigt, das physikalisch getrennte stromaufwärtige und stromabwärtige optische Wege 2 und 2' mit jeweils äquivalenten Komponenten der Fig. 2 hat, die mit den gleichen Nummern bzw. den gleichen mit Strichindex versehenen Nummern markiert sind.
Das Netzwerk, das in Fig. 4 gezeigt ist, hat physikalisch getrennte stromabwärtige und stromaufwärtige optische Pfade und daher werden Reflexionsprobleme vollständig vermieden. Es benutzt 2N-2 Koppler; zwei weniger als die Anzahl, die für das Voll-Duplex-System erfordert ist, benutzt aber zweimal so viel Faser. Die Menge von Fasern pro Kunde jedoch ist gering bei diesen Netzwerken mit gemeinsamem Zugriff, so daß der Faserkosten-Überhang nicht kritisch ist für die ökonomische Eigenwirtschaftlichkeit des Systems. Zusätzlich ist ein 6 bis 7 dB Zusatz des Leistungshaushaltes verfügbar, der im Prinzip benutzt werden kann, um die Aufspaltungsgröße zu vervierfachen und um möglicherweise weiter die Menge von Fasern pro Kunde zu reduzieren. Weil die stromaufwärtigen und stromabwärtigen Pfade physikalisch getrennt sind, gibt es keinen Vorteil durch Benutzen verschiedener Wellenlängen für die beiden Richtungen der Übertragung.
Es wird erwartet, daß das Voli-Duplex, gezeigt in Fig. 2, sich als der am meisten kosteneffektive Ansatz erweisen wird. Jedoch sollten einige Betrachtungen zu dem Netzwerk von Fig. 4 gegeben werden, bei dem es möglich ist, daß die praktischen Technikvorteile, die mit dem gelockerteren optischen Leistungshaushalt und dem Fehlen von Reflexionsproblemen verbunden sind, die damit verbundenen zusätzlichen Faserkosten überwiegen können.
Das Netzwerk von Fig. 5 veranschaulicht eine Option, die auf dem Netzwerk von Fig. 2 basiert, zum frühen Eindringen auf den Heim-Fernsprechmarkt. Es umfaßt einen aktiven elektronischen Verteilungspunkt an der DP, der den existierenden abfallenden Kupferdraht 24 ausnutzt, der mit einer ansonsten vollkommen passiven optischen Architektur verbunden ist. Diese Topologie kann nützlich sein auf kurze oder lange Zeit, wo ein Vollnetzwerk gemäß der vorliegenden Erfindung bereitgestellt wird für eine Hauptstraßen-Gewerbegemeinschaft und wobei, um eine Leitungsübertullung durch Entfernen von Kupferkabeln zu reduzieren, Heimkunden an der gleichen Straße verbunden werden mit dem System. Da die optische Technologie weiterhin billiger wird, werden die aktiven DP's entfernt werden und das Vollnetzwerk wird ausgedehnt zu den Heimkunden, um den Weg für das Eindringen neuer Übertragungsdienste zu ebnen.
Ein Beispiel eines verschmolzenen Faserkopplers, wie er in den optischen Netzwerken der Fig. 1 bis 5 benutzt wird, ist in Fig. 6 gezeigt.
Der Aufspalter 30 für den vereinfachten Faserkoppler ist gebaut aus einer Vielstufenmatrix von "elementaren" 2x2-Kopplern 32. Um die Leistungsfähigkeit der beiden optischen Fenster in der Faser (1300 nm und 1550 nm) zu bewahren, werden wellenlängenabgeflachte Vorrichtungen benutzt.
Individuelle 2x2-welleniängenabgeflachte Koppler werden gerade kommerziell verfügbar. Die Technik zur Herstellung von elementaren 2x2- Kopplern ist in der von dem Anmelder angemeldeten UK-Patentanmeldung NL 8519183 beschrieben. Verbesserungen bei den Toleranzen des Kopplungsverhältnisses und bei flacheren spektralen Merkmalen im besonderen sind wünschenswert, da diese einen direkten Einfluß auf den optischen Leistungshaushalt, die optische Aufspaltungsgröße und die Wirtschaftlichkeit des Gesamtsystems haben. Anfängliche Ergebnisse zeigen eine Änderung des Kopplungsverhältnisses von ungefähr einem dB über das vollständige optische Fenster (1275 nm bis 1575 nm), was einen Bedarf für eine sorgfältige Wahl der Kopplerparameter und der Systemwellenlängen bedeutet, wenn z.B. das 128-Wege-Aufspaltungsziel, das oben genannt wurde, wirtschaftlich realisiert werden soll.
Die optimale Größe der Gesamtaufspaltung wird durch verschiedene Faktoren beeinflußt und jede geeignete Figur kann gewählt werden. Faktoren, die die Aufspaltungsgröße beeinflussen, sind: Kosten, optischer Leistungshaushalt, Systembitrate, Diensterfordernisse, Anzahl der Leitungen pro Kunde, usw. Eine anfängliche Studie, basierend auf einem einfachen optischen Leistungshaushalt-Modell für das bi-direktionale Netzwerk von Fig. 2 und der Annahme einer maximalen Systembitrate von ungefähr 20 Mbit/s, hat eine binäre Aufspaltungsgröße von 128 vorgeschlagen. Dies würde 120 Kunden plus 8 Testzugangspunkten entsprechen, mit der Kapazität, die verfügbar ist, um 144-Bit/s-ISDN (oder einem Bitratenäquivalenten) zu jedem individuellen Kunden einzuspeisen.
Bezüglich jetzt zu Fig. 7 ist dort ein Entwurf eines Bitübertragungssystems (BTS) zur Benutzung mit dem in Fig. 1 gezeigten Netzwerk gezeigt. Eine Dienstzugriffseinheit 34 an der Vermittlung 4 wird einen Netzwerkdienst nehmen, z.B. analogen Fernsprechbetrieb, Primärraten- ISDN (2 Mbit/s), 64-kbit/s-Datenschaltung usw., und ihn zu einer Standardschnittstelle für das BTS umwandeln. Das BTS wird dann diesen Dienst zu einer weiteren Standardschnittstelle in der Endstellenausrüstung für den Kunden 8 übertragen. An diesem Punkt wird eine Dienstzugriffseinheit 40 bei Kunden die Schnittsteile in das erforderte Format für die Kundenausrüstung, z.B. analogen Fernsprechbetrieb usw., umwandeln.
Neben den Diensten und jeder verbundenen Nachrichtenübermittlung, usw., trägt das BTS auch die Netzwerkuberwachungs-Botschaften. Diese Überwachungs-Botschaften sind für den ruhigen Betrieb des Systems nicht die Dienste, die getragen werden, und umfassen die folgenden Systemfunktionen:
a. Ein Entfernungsbestimmungssprotokoll, um jeden Kanal richtig zeitgesteuert an dem Vermittlungsende des Systems zu halten.
b. Die Möglichkeit aus der Ferne die Laser der Kundenausrüstung für Störungsdiagnose-Zwecke abzuschalten.
c. Festlegen aus der Ferne des Antriebsstromes zu den Kundenlasern, um die optische Ausgabeleistung zu steuern.
d. Die Bereitstellung von Endstellen/Kunden-Identifikation, -Validation und -Kanalzuweisung.
e. Die Bereitstellung von Störungsdiagnose-Daten und Systemabfrage- Botschaften.
Die Entfernungsbestimmungsfünktion stellt die Mittel zum Synchronlsieren aller Daten des Kunden in der stromaufwärtigen Richtung, zum Kompensieren verschiedener Leitungslängen und Schwankungen bei der Ausbreitungsverzögerung durch das Netzwerk bereit. Das BTS führt das Entfernungsbestimmen periodisch durch und macht dadurch kleinere Einstellungen, um jede Zeitdrift automatisch zu korrigieren.
Die Fig. 15 bis 19 zeigen in größerem Detail ein BTS, das in der Lage ist einen ISDN-Dienst zu 128 Kunden zu tragen.
Der Basisrahmen (BF) (Fig. 15) ist gezeigt, wobei er 2304 Datenverkehr- Bits und 128 einzelne Bit-Überwachungskanäle und 12 Bit zur Faseridentifikation (ID), die bei diesem Beispiel nicht benutzt werden und so frei sind, aufweist.
Jedes der 2304 Datenverkehrs-Bits entspricht einem 8-kbit/s-Basiskanal von einer 30-Kanal-TDM-Vielfachleitung. Ein Kundendienst wird dann bereitgestellt durch Zuweisen einer ganzzahligen Anzahl dieser 8-kbit/s- Kanäle zu jedem Kunden. Für einen Basisraten-ISDN-Dienst wird jedem Kunden 18 solcher 8-kbit/s-Kanäle, d.h. 18 Bit in dem BF, zugewiesen.
Demgemäß stellen 2304 Bit 128 ISDN-Dienstkanäle von jeweils 18 Bit dar.
Der BF enthält alle Daten von all diesen Kanälen, die in einer Abtastperiode auftreten. Ein BF enthält demgemäß tatsächlich die Datenmenge eines Rahmens (von einer 2-Mbit/s-Vielfachleitung) von den 2304 8-kbit/s-Kanälen und den 128 Fernsteuerungskanälen. Der BF ist identisch für sowohl Kopfende-zu-Kundenende-Übertragung als auch Kundenende-zu-Kopfende-(Rücklauf)-Übertragungen.
Fig. 16 zeigt einen Vielfachrahmen, der aus einem Abschnitt 50 gemacht ist, der 80 BF's aufweist, und einen Synchronisationsrahmen (SF) 52, der äquivalent zu 2 BF's ist. Der Vielfachrahmen hat eine Periode von 10 ms und weist 200408 Bit auf. Übertragung durch das BTS tritt demgemaß auf bei einer Rate von 20,04098 Mbit/s.
Der Übertragungs-SF 52 (von dem Kopfende) dient einer unterschiedlichen Funktion zu dem Rücklauf-SF (von dem Kundenende).
Fig. 17 zeigt den SF 52 von dem Kopfende in größerem Detail. Die letzten 140 Bit (52A) des SF von dem Kopfende sind wesentlich für den Systembetrieb, da sie das Vielfachrahmen-Sychronisationsmuster von dem Kopfende zu dem Kundenende sind, das z.B. 140 NULL-Bit aufweist, das von dem Kundenende identifiziert wird, um demgemäß dem Kundenende zu ermöglichen, die von dem Vielfachrahmen bestimmten Daten aufzuspüren und zu empfangen. Die ersten 4748 Bit (52B) stellen sicher, daß die Übertragungs und Rücklauf-Rahmenstrukturen das gleiche Format haben. Diese 4748 Bit können auch benutzt werden für Faseridentitikations-Zwecke und allgemeinen Übertragungssystemunterhalt, und sie können allgemein als System-"Überwachungs"-Daten bezeichnet werden.
Fig. 18 zeigt den SF (54) von dem Kundenende. Dieser SF wird primär zum Entfernungsbestimmen genutzt, obwohl er auch benutzt werden könnte, um an jedem Punkt in dem Netzwerk aktive Kundenenden, die mit dem Faser verbunden sind, zu identifizieren. Der Rücklauf-SF ist in Segmente 54A und 54B für Phase-1-Entlernungsbestimmen und für Phase- 2-Entiernungsbesürnmen aufgeteilt.
Phase-1-Entfernungsbestimmen benutzt die ersten 4288 Bit (54A). Dies stellt ein wenig über 200 us von freier Zeit bereit, in der für ein Kundenende zu einer Zeit die Entfernung bestimmt werden kann. Um dies zu tun, wird eine Überwachungs-Steuerungseinrichtung 90 an dem Kopfende einer entsprechenden Überwachungs-Steuerungseinrichtung 92 an einem neu installierten Kundenende anweisen, einen einzelnen Impuls (der ein zweites Signal der vorliegenden Erfindung darstellt) zu Beginn der Phase-I-Periode zu übertragen. Die Steuerungseinrichtung wird dann identifizieren, wie viele Bitverzögerungen es gibt, bevor dieser Impuls an dem Kopfende ankommt. Nach einigen Versuchen wird sie den richtigen Bit-Verzögerungsfaktor bestimmt haben und wird das Kundenende anweisen, mit dem Phase-2-Entfernungsbestimmen fortzufahren, wobei diese Korrektur benutzt wird.
Die 660 Bit für das Phase-2-Entfernungsbestimmen und die Faseridentifikation sind in größerem Detail in Fig. 19 gezeigt.
Jedes der 128 Kundenenden hat seinen eigenen 5 Bit großen Phase-2- Entfernungsbestimmungs-Unterschlitz innerhalb der letzten 640 Bit (54C) des SF. Diese werden von der Kopfende-Steuerungseinrichtung benutzt, um die Übertragungsphase des Kundenendes so einzustellen, daß Impulse an dem Kopfende ausgerichtet mit dem Kopfendetakt ankommen. Dies beseitigt den Bedarf nach irgendeiner Taktwiedergewinnung an dem Kopfende. Zusätzlich kann die Rücklaufpfäd-Übertragung ein einfaches Ein-/Aus-Pulsen des Übertragers am Kundenende sein, was die Lebensanforderungen des Kundenende-Lasers reduziert. Es resultiert ebenfalls in einer verbesserten Effizienz der Benutzung des Rücklaufpfades, da keine Taktwiedergewinnungs-Information übertragen werden muß.
Wenn einmal das anfängliche Phase-2-Entfernungsbestimmen vervollständigt wurde, wird das Kundenende angewiesen "on line" zu gehen. Es wird jetzt seinen Rücklaufpfad-Steuerungskanal aktivieren und ebenfalls seinen ID-Synchronisationsimpuls, der ein neu-zeitgezähltes zweites Signal bildet. Alle Kundenenden, die in dem Netzwerk aktiv sind, übertragen diesen ID-Synchronisationsimpuls, gefolgt von 19 Null-Bit (die zusammen den Abschnitt 54D) aufweisen, so daß die Impulse alle an dem gleichen Punkt in jedem Rücklaufrahmen auftreten und daher gleichzeitig an der zentralen Station empfangen werden.
Es stellt einen Hochleistungsmarkierimpuls für die Rücklaufpfad-ID- Erfassung bereit. Ein ID-Detektor an dem Kopfende überwacht die Übertragung dieser Hochleistungsimpulse, überwacht dann die nachfolgend den 5 Bit breiten Unterschlitze, um zu sehen, ob irgendeine Übertragung vorliegt, z.B. wenn der Unterschlitz 3 einen Impuls in sich hat, ist das Kundenende 3 aktiv in der Faser an diesem Punkt.
Idealerweise, wenn das Kopfende eiumal die Kundenenden angewiesen hat bezüglich ihrer jeweiligen Bitverzögerungsfaktoren, treten alle ID- Synchronisationsimpulse im gleichen Augenblick in dem SF auf, der an dem Kopfende empfangen wurde. Wenn jedoch aus irgendeinem Grund ein Kundenende unter Drift zu leiden scheint (was sein kann aufgrund der Ausrüstung oder des Übertragungsmedium), wird die Auswirkung auf den empfangenen Markierimpuls sehr gering sein und die Änderung in dem Augenblick, zu dem die ID-Synchronisationsimpuls-Erfassungsschaltung in Antwort auf die überlagerten ID-Sychronisationsimpulse triggert, vernachlässigbar sein. Demgemäß wird das Kopfende fortfahren alle anderen Kundenenden als korrekt-fünktionierend zu betrachten, wird aber einen neuen Wert für den Bitverzögerungsfaktor berechnen und ihn zu dem fehlerbehafteten Kundenende senden, wobei sein ID-Synchronisationsimpuls in Synchronisation mit den anderen ID-Synchronisationsimpulsen gebracht wird.
Der Hochleistungs-ID-Impuls in Verbindung mit den Unterschlitzen kann auch benutzt werden, um zu erfassen, ob ein einzelnes Kopfende überträgt, wobei ein optischer Detektor, wie eine optische Kopplungsvorrichtung, wie in unserer angemeldeten Patentanmeldung Nr. 8706929 beschrieben, an irgendeinem Punkt in dem Netzwerk verwendet wird. Eine derartige Vorrichtung kann benutzt werden, dadurch, daß sie auf ein Faser angeklemmt wird, dessen äußere Ummantelung entfernt wurde. Dies ist nützlich für Ingenieure, die auf dem Terrain arbeiten, die sicher sein müssen, daß, wenn sie eine einzelne Faser durchzuschneiden wünschen, sie diese Faser korrekt identifizieren.
In anderen Worten, durch Überwachen des Rücklauf-SF mit der Vorrichtung kann ein Ingenieur die "Ausrüstungsnummer" von Kundenenden bestimmen, die aktiv in dem Faser sind, aber es wird nötig sein für den Ingenieur die Übertragungsrichtung zu überwachen, um herauszufinden, mit welchem Netzwerk die Faser verbunden ist.
Bezüglich wieder auf Fig. 17 können die 140 Bit für das MF-Synchronisationsmuster auch benutzt werden, um Unterbrechungen in dem Fasernetzwerk zu erfassen. Unter Benutzung der Prinzipien der optischen Zeitdomänen-Reflektometrie ist es bekannt, daß ein Signal, das längs einer Faser übermittelt wird, reflektiert wird bei einer Bruchstelle. Die Amplitude und die Frequenz dieser Reflexionen können genutzt werden, um den Ort aller Bruchstellen in der Faser zu bestimmen. Da das MF- Synchronisationsmuster nach der Verwürfelung (wie später beschrieben) übertragen wird zu regulären Intervallen, wird ein Autokorrektor an dem Kopfende (Fig. 21) benutzt, um das Muster zu erkennen. Die Zeit zwischen der Übertragung des Musters und dem Empfang von irgendwelchen Reflexionen davon, wird Information über den Ort aller Unterbrechungen in dem Faser geben.
Bezüglich zu den Fig. 20 bis 25 sind das Kopfende und das Kundenende in größerem Detail gezeigt. Eine wichtige Forderung eines Kommunikationssystemes wie diesem ist es, daß das Kundenende in der Zeit bleibt mit dem Kopfende.
Die Fig. 20, 21 und 22 zeigen das Kopfende. Ein Mastertakt 60 von 20,0408 MHz, das der Bitrate durch das System entspricht, ist phasenverriegelt zu dem einkommenden 2,048-MHz-(abgekürzt in dieser Beschreibung zu 2 MHz)-Takt von der Kopfende-Schaltungsmaschine 62, was einer Standard-32-Kanal-TDM-Vielfachleitung entspricht. BF-(Fig.22) und MF-Synchronisationssignale werden auch erzeugt und verriegelt zu dem 8-kHz-Rahmensignal von der Schaltungsmaschine. Ein 2,304-MHz-Bit- Takt 64 (in dem Kopfende-Zeitgebererzeuger 66) wird erzeugt, damit die Schaltungsmaschine ein zusätzliches Bit pro Kanal bei der gleichen Rahmenrate in den Basisrahmen einfügen kann, um die Bitrate in diejenige umzuwandeln, die für das System erforderlich ist.
Damit das Kundenende in "Synchronismus" mit dem Kopfende bleibt, werden Daten von dem Kopfende dazu benutzt, die Taktimpulse an dem Kundenende aufzufrischen. Der Übergang zwischen "Null"-Bits und "Eins"-Bits wird genutzt zu diesem Zweck. Die Daten von dem Kopfende können jedoch nicht ausreichende Übergänge für die Taktauffrischung haben. Es ist daher notwendig, die Daten von dem Kopfende zu verwürfeln, wobei eine pseudowahlfreie binäre Folge (PRBS) benutzt wird, um einen Datenstrom zu produzieren, der reich an Übergängen ist. Daten von der Kopfende-Schaltungsmaschine werden verwürfelt durch einen Verwürfler 68, wie in Fig. 21 gezeigt, wobei eine 2&sup9;-1-Verwürfelungsfolge benutzt wird.
Der Synchronisationsrahmen (Fig. 17) wird auch verwürfelt, wobei eine unterschiedliche PRBS (durch Benutzung verschiedener Anzapfüngen des Schieberegisters in dem Verwürfler 68) benutzt wird und eingefügt wird in die verwürfelten Daten. Die letzten 140 Bit des Synchronisationsrahmens (Fig. 17), das MF-Synchronisationsmuster, werden benutzt, um das Kundenende zu synchronisieren. Vor dem Verwürfeln werden diese 140 Bit 140 "Null"-Bit. Einmal verwürfelt formen sie ein leicht identifizierbares Muster; das benutzt werden kann für OTDR, um Leckagen zu erfassen, wie zuvor erwähnt.
Es ist sehr wichtig, daß das Kundenende richtig das 140-Bit-MF-Synchronisierungsmuster identifiziert. Wenn es einen natürlich auftretenden String von 140 "Null"-Bit in den ersten 4748 Bit des Sychronisierungsrahmens gäbe, würde das Kundenende das MF-Synchronisierungsmuster falsch identifizieren. Diese 4748 Bit werden daher absichtlich gestört, nachdem sie verwürfelt wurden, um einen bekannten Fehler einzuführen. Dies wird erreicht durch Invertieren jedes sechzehnten Bits durch eine Inverterschaltung an dem Verwürfler und stellt sicher; daß das Kundenende nicht das MF-Synchronisierungsmuster mißidentifizieren wird. Die Daten können auch aus Sicherheitsgründen verschlüsselt werden.
Alle Daten, die an dem Kopfende empfangen werden, werden zurücklaufengelassen und der Schaltungsmaschine vorgelegt.
Fig. 22 zeigt die Kopfende-Schaltungsmaschine, die die Aufgabe hat, als Schnittstelle für bis zu 8 Netzwerk-Adapter(NA)-Karten mit dem BTS zu dienen. Jeder NA wird den gesamten Verkehr von einem 2-Mbit/s- Datenstrom (oder äquivalentem) durchführen. Es wird angenommen, daß die Ausgaben von allen 8 NA-Karten rahmenausgerichtet sind, und daß alle 2-MHz-Takte synchron sind.
2,048-MHz- und 8-kHz-Referenzrahmen-Takte werden von den NA-Eingängen herausgeholt, um den BTS-20,038-MHz-Mastertakt phasenzuverriegeln. Das BTS stellt einen gemeinsamen 2,304-MHz-Bit-Takt bereit zu jedem NA, um den Datentransfer zu und von der Schaltungsmaschine zu synchronisieren.
Daten werden in FIFO-Puffern gespeichert und durch das BTS über das Senderegister übertragen. Eine Steuerung ist hier bereitgestellt, um sicherzustellen, daß nur der minimale Betrag von Daten in dem FIFO- Puffer gespeichert wird. Dies ist wichtig, um eine enge Steuerung der Übertragungsverzögerung durch das BTS zu halten.
Auf der Empfängerseite werden Daten, die über das BTS empfangen wurden, wieder gespeichert in einem FIFO-Puffer bevor sie über die Ausgabeanschiüsse zurücklaufengelassen werden zu den NA-Karten. Wiederum ist eine FIFO-Inhaltsteuerung bereitgestellt.
Bezüglich zu den Fig. 23, 24 und 25 ist das Kundenende in großerem Detail gezeigt.
Ein 20,0408-MHz-Takt 70 ist phasenverriegelt zu dem einkommenden verwürfelten Datenstrom. Dies taktet alle Empfängerschaltkreise. Der Synchronisierungsrahmen von dem Kopfende, der die BF- und MF-Synchronisierungsmuster enthält, wird entwürfelt durch einen Entwürfler 72 (in der Form eines selbstsynchronisierenden Entwürflers) und rausgezogen, um den Empfänger zu synchronisieren.
Der Übertragungsdatenstrom wird dann entwürfelt durch den Entwürfler 74, der das Gegenteil des Verwürflers 68 ist, und wenn er aus Sicherheitsgründen verschlüsselt wurde, entschlüsselt, und der resultierende empfangene Datenstrom wird zu der Schaltungsmaschine eingespeist.
Die Übertragungsrahmen-Zeitzähiung wird durch eine spezifische Anzahl von Taktzyklen ausgeglichen und die Übertragungstaktphase wird in dem Übertragungsphasen- und Rahmenerzeuger 76 festgelegt. Die zu benutzenden Werte werden bereitgestellt durch die Überwachungs-Extrahiereinheit 78. Dies erlaubt genaue Einstellung der Benutzung, der Zeit und der Ankunftsphase an dem Kopfende von Datenbits, die von dem Kundenende übermittelt wurden.
Ein lokaler 2,048-MHz-Takt 80 ist phasenverriegelt mit dem 20,0408- MHz-Takt 700 und dieser und ein 8-KHz-Rahmentakt 82 werden auch zu der Schaltungsmaschine eingespeist.
Fig. 25 zeigt die Kundenende-Schaltungsmaschine.
Spezifische einzelne Bits von Daten werden aus dem empfangenen Datenstrom durch einen Datengreifer 84 gegriffen, die Startkanalband- Bitrateninformation von dem Überwachungsblock interpretiert. Die herausgegriffenen Daten werden in einem Ausgabe-FIFO-Puffer gespeischert, bevor sie zu dem Kundenende-Netzwerkadapter (CNA) ausgegeben werden.
Eine Steuerung der FIFO-Inhalte wird bereitgestellt durch den Rahmensteuerungsblock 86, der sicherstellt, daß die FIFO-Inhalte bei einem Minimum gehalten werden. Dies wiederum ist notwendig, um die Übertragungsverzögerung durch das BTS zu minimieren.
Daten werden tatsächlich in und aus dem CNA getaktet, wobei ein Takt benutzt wird, der durch den CNA abgeleitet ist, von einem Standard- 2,048-MHz und 8-KHz-Taktpaar; das von dem BTS bereitgestellt wird.
Daten zur Übertragung zu dem Kopfende des BTS laufen durch einen ähnlichen Weg und werden als diskrete Bits, die mit Verkehr von den anderen Kundenenden überlappen, übertragen. (Ein derartiger Ansatz erlaubt die Benutzung einer billgeren Laserdiode in dem Kundenende- Übertrager.)
Eine einfache Weise, um Sicherheit bereitzustellen, ist physikalisch den Zugriff auf die Signale zu verhindern. Dies kann erreicht werden auf dem optischen Niveau, z.B. durch Nichtbereitstellen eines demontierbaren Verbindungsgliedes, lediglich durch Bereitstellen einer permanenten Verbindung in eine versiegelte Einheit, die keinen unautorisierten Zugriff zu den Zeitschlitzen von der "Außenwelt" erlauben würde. Fig. 8 zeigt eine mögliche Übertragungsmodul-Option, die das BTS, einen optischen Übertragungs- und einen optischen Empfangsschaltkreis zusammen mit einem optischen Filter und einem Koppler enthält. Eine "semi-permanente" optische Verbindung auf der Leitungsseite des Moduls stellt einen guten Sicherheitsgrad bereit, da nur autorisierte Zeitschlitzdaten verfügbar sein werden an den elektrischen Verbindungen zu der Leitungsschaltungs- Ausrüstung. Dies kann erfordern, daß Konfigurationsdaten sicher von dem Verwaltungszentrum runtergeladen werden, um aus der Ferne den Zeitschlitzzugriff zu programmieren. Andere Optionen umfassen den Einbau von Verschlüsselungsalgorithmen, und die Benutzung von persönlichen Identifikationsnummern (PIN's) zur Benutzerbestätigung.
Die Anordnung von Fig. 9 wurde benutzt, um die technische Machbarkeit der vorliegenden Erfindung zu veranschaulichen. Die Merkmale, die in dieser Anordnung demonstriert werden, umfassen:
a) einen Leistungsteiler mit ausreichenden Stufen, um die Verluste einer 256-Weg-Aufspaltung darzustellen. Dieser Aufspalter ist wellenlängenabgeflacht, um den Betrieb in den 1300-nm und 1550-nm-Fenstern zu erlauben;
b) bi-direktionaler Betrieb;
c) ein synchrones optisches TDMA-Netzwerk, jede entfernte Endstelle ist verriegelt zu einem Mastertakt an der Vermittlung und ihr sind Zeitschlitze zum Rücklaufkanal-Nachrichtenübertragen zugeordnet. Zeitschlitze sind passiv überlappt in dem Netzwerk;
d) Nachrichtenübermittlung bei einem niedrigen Arbeitszyklus. Entfernte Laser werden nur erfordert, um während den zugeordneten Zeitschlitzen zu übertragen. (Für das PMUX-Demonstrationssystem, das unten beschrieben ist, ist der Arbeitszyklus 1/64 pro Kanal. Dieses Merkmal bietet eine verbesserte Laserzuverlässigkeit und ein Weglassen einer Temperatursteuerungsschaltung an); und
e) automatisches Entfernungsbestimmen. Das synchrone Netzwerk erfordert die Benutzung eines Entfernungsbestimmungsprotokolles, um Zeitschlitze den entfernten Endstellen zuzuorden. Dieses Protokoll muß die Rundumlaufverzögerung und die Verfügbarkeit der Kanäle berücksichtigen.
Die ersten vier dieser Merkmale benutzen speziell verfügbare primäre Multiplexer-(PMUX's) als einen Basis-Systembaustein. PMUX's übermitteln 30 PCM-Kanäle plus Rahmenausnachtungs- und Nachrichtenübermittlungsbits bei 2,048 Mbit/s. Der Standardschaltkreis umfaßt die Audio-A/D und D/A, die notwendig ist für eine Telefonschnittstelle.
Für beide Demonstrationen wurden optische Übertrager und Empfänger für die jeweiligen Übertragungsraten von 2 und 8Mbit/s benutzt. Die erste Demonstration war ein PMUX-System, das die Konfiguration benutzt, die in Fig. 10 gezeigt ist. Zwei Typen von PMUX wurden eingesetzt: ein auf ein Gestell montierter PMUX, der die örtliche Vermittlung darstellt, und verschiedene PMUX's, die einzelne Kunden darstellen. Telefone waren zu den PMUX's über Schnittstellenkästen verbunden, die D/C-Leistung und Zwei- bis Vierdrahtumwandlung bereitstellen.
In der stromabwärtigen Richtung wurden 30 PCM-Kanäle analogen Fernmeldebetriebes von der lokalen Vermittlung auf eine digitale 2Mbit/s-Ausgabe in HDB3-Format (High Density Bipolar-Dreifachcode) gemultiplext. Dies wurde benutzt, um direkt einen IRW-Halbleiterlaser zu modulieren (mittels eines Leistungsrückkopplungs-Steuerungsschaltkreises). Das Signal lief dann durch einen verschmolzenen Verjüngungskoppler, um die Übertragungs-Empfangspfäde an dem Vermittlungs ende zu trennen. Alle freien Leitungsenden von allen Kopplern wurde indexabgestimmt, um das Risiko von Reflexionen zu reduzieren.
Das Signal lief dann durch 6 km einer Einzelmodefaser; um die Verbindung mit dem Schaltschrank zu simulieren. Es wurde dann zu den einzelnen Kunden verteilt über einen Aufspalter, der aus wellenlängenabgeflachten verschmolzenen bikonischen Verjüngungen hergestellt war, und der einen Verlust hatte, der ein 256-Weg-Aufspaltungsverhältnis darstellte. Vier Ausgänge dieses Aufspalters wurden mit einem weiteren Koppler verbunden, um die Empfangs- und Übertragungspfade an dem Kundenende zu trennen.
Kommerzielle PIN-FET-Transimpedanzempfänger mit einer angegebenen minimalen Sensibilität von -52 dBm wurden auf eine Karte montiert, die entworfen war; um sie direkt in den PMUX des Kunden einzustecken. Jeder PMUX konnte alle 30 Kanäle empfangen, aber nur ein Kanal war physikalisch für jeden Kunden verbunden. Nach einer darauffolgenden Abgleichung wurde dieser Kanal entmultiplext und mit dem Telefon des Kunden verbunden.
In der stromaufwärtigen Richtung wurde ein unterschiedliches Übertragungsformat angewandt aufgrund des Bedarfes die Bytes der individuellen Kunden zu überlappen (Wort-Überlappung), um einen 2Mbit/s-Rahmen zu bilden, der empfangen werden konnte durch den Vermittlungs-PMUX. Die konventionelle digitale 2Mbit/s-Ausgabe von dem PMUX des Kunden konnte daher nicht benutzt werden, so daß binäre NRZ-Signale direkt von der Rückwandplatine genommen wurden. Eine Übertragerkarte wurde entworfen, um dies zu tun, die sich direkt in den PMUX einstecken ließ. Dieser umfaßte einen Laser wie zuvor, aber Betrieb bei einem niedrigen Arbeitszyklusmodus ohne Kühlen, und eine adressierbare digitale Verzögerungsleitung, um den Kanal des Kunden in 0,5-Bit-Intervalle zu bewegen, ihm dadurch zu ermöglichen, richtig in den 2-Mbit/s- PCM-Rahmen zu passen, wenn er mit anderen Kanälen des Kunden überlappt wurde. Eine Gesamtheit von fünf Karten ist erforderlich, um einen PMUX für bis zu 8 Kunden auszurüsten: eine Leistungskarte, eine Audiokarte, eine MUX/Steuerungskarte, eine Übertragerkarte und eine Empfängerkarte.
Die Ausgabe von dem Laser des Kunden im seriellen Byteformat wurde dann wieder durch den Koppler des Kunden durchlaufen gelassen, zurück durch den Aufspalter, durch die Faser und in den Vermittlungsempfänger über den Vermittlerkoppler. Das NRZ-Binärzeichen wurde dann in HDB3-Format umgewandelt, wobei eine Digitalsystem-X-Leitungsschnittstellenkarte benutzt wurde zum Eingeben zu dem PMUX. Dieses Signal wurde zu einem Fernsprechbetrieb umgewandelt über die Audioschnittstelle, wie zuvor. Selbst-Entfernungsbestimmen wurde bei dieser Demonstration nicht implementiert.
Die zweite Demonstration ist eine Vielpunkt-Funk-Demonstration. Diese Demonstration basiert auf einer Anpassung des Punktes des Anmelders an ein Vielpunkt-Funksystem (PMR), das über ein passives Netzwerk mit einer Einzelmodefaser arbeitet, das durch die Faser-Blastechnik installiert wurde. Das Netzwerk umfaßt optische Aufspalter an Flexibilitätspunkten zum Duplexen und zur Verteilung.
Für diese Experimente wurde das Funkübertragungsfach in der Ausrüstung der zentralen Station ihres Funksystems ersetzt durch einen Laserübertrager und einen optischen Empfänger. Ähnlich wurde die Ausrüstung des Teilnehmers modifiziert durch die Hinzufügung einer optoelektronischen Schnittstelle.
Fig. 10 zeigt das experimentelle Netzwerk. Eine Zweileitungssystem-X- Vermittlung wurde eingesetzt. Eine Leitung war ein "Kupfer"-Teilnehmer, der ein Telefon benutzt, bekannt als ein NI1-Netzwerkendabschnitts-Typ 1. Die andere Leitung verband den "Netzwerk-Kunden" über das Fasernetzwerk durch zu der Vermittlung. Digitale Sprache wurde in beide Richtungen gleichzeitig übertragen durch Rufen zwischen den Kupfer- und Netzwerkteilnehmern.
Anfänglich wurde ein vorher installiertes Röhrensystem ausgeweitet, um eine Verbindung über den Demonstrationsort über einen Standard-PCP- Schaltschrank bereitzustellen. Wellenlängenabgeflachte 2x2-Aufspalter wurden in Endstellenkästen montiert an jedem Ende des Netzwerkes, um ein Voll-Duplex Übertragungsvermögen bereitzustellen. Eine abgeflachte 4x4-Matrix wurde in den Schaltschrank montiert, um einen Straßenflexibilitätspunkt zu modellieren. Ein zusätzlicher 2x2-Aufspalter wurde montiert, um einen Verteilunspunkt (DP) zu simulieren.
Die Faserblasanlage ist vollständig eine Standardausrüstung. BICC-Verbindungsablagen wurden benutzt, um Koppler und Spleißstellen an den Endstellenkästen unterzubringen. Indexanpassen wurde durchgeführt an allen unbeendeten Faserenden in dem Netzwerk, um Übersprechen von Rückreflexionen zu reduzieren.
Die gesamte optische Anlage wurde über eine Periode von 2 bis 3 Wochen installiert. Die Verbindungslänge war 1,5 km.
Das PMR benutzt ein TDM-Übertragungssystem zur stromabwärtigen Kommunikation von dem Kopfende zu dem Teilnehmer. Der Datenstrom ist gleichförmig wobei alle unbenutzten Rahmen mit PRBS gepackt sind. Konventionelle A/C-gekoppelte Laserübertrager und optische Empfänger wurden benutzt. Der Laser koppelte -8,5 dBm in die Faser bei 1300 nm. Ein optisches 2 Mbit/s-Modem wurde modifiziert, um die Empfängerstufe bereitzustellen. Die Empfängerempfindlichkeit wurde zu -30 dBm gemessen.
In der stromaufwärtigen Richtung ist die Übertragung durch TDMA, wobei jede Außenstelle Pakete von Daten in zugewiesenen Zeitschlitzen sendet. In diesem Falle wurden D/C-gekoppelte optische Übertrager und Empfänger benutzt. Jeder Kundenübertrager wurde vollkommen ausgeschaltet, wenn keine Daten gesandt wurden, um Interkanal-Interferenzen auf der gemeinsam benutzten Faser zu vermeiden. Dies wurde erreicht, durch Vorspannen des Lasers in die Aus-Stellung, volles Anschalten für eine logische "Eins" und wieder volles Ausschalten für eine logische "Null". Dies unterscheidet sich von einem konventionellen Punkt-zu-Punkt-Fasersystem, in dem der Übertrager über dem Einschaltpunkt vorgespannt ist und um diesen Punkt moduliert ist.
Der optische Empfänger ist auch entworfen, um bei Vorliegen eines Bündelbetriebs-Signales zu arbeiten. Ein DC-gekoppelter Empfänger ist erforderlich, um eine Grundliniendrift in Abwesenheit von empfangenen Daten während der ruhigen Periode zwischen Paketen zu vermeiden. Der benutzte Empfänger basierte auf einer InGaAs-PIN-Photodiode mit langer Wellenlänge, die in einen FET-Operationsverstärker mit einer hohen Eingangsimpedanz mit Bootstrap-Rückkopplung betrieben wurde, um die Eingangskapazitanz zu reduzieren.
Eine Entfernungsbestimmungsfunktion ist erforderlich an der Endstelle des Teilnehmers, um sicherzustellen, daß Pakete übermittelt werden zu dem richtigen Zeitpunkt, um Zeitüberlappen an dem Kopfende zu vermeiden.
Die bevorzugte Anordnung für ein Vollnetzwerk ist 15 Vermittlungsleitungen an dem DP zu haben, mit 1 bis 15 Vermittlungsleitungs-Schnittstellen pro optischem Kundenendabschnitt, eine optische Zwei-Niveau-Aufspalthierarchie (nominell an den Schaltschrank- und DP-Orten) mit einem Abstand von 1,6 km zwischen der Vermittlung und dem Schaltschrank, 500 m zwischen dem Schaltschrank und dem DP und jedem Kunden.
Wenn ein Kupferdraht zu einigen Kunden von dem Netzwerk gemacht ist, ist eine optische Einzelniveau-Aufspalthierarchie bevorzugt nominell an dem Schaltschrank angeordnet.
Obwohl ein konventioneller Vermittlung-zu-Schaltschrank-Abstand von 1,6 km angenommen wurde, wird das System in der Lage sein, für viel größere Entfernungen von mindestens 10 km. Dies kann eine Grundlage bereitstellen zur Rationalisierung der Auzahl lokaler Vermittlungen in einem gegebenen Netzwerk. Die effiziente Multiplexstruktur eines solchen Netzwerkes (die von der Kombination von optischem Aufspalten und dem gemeinsamen Benutzen der optischen Verbindungskosten des Kunden über viele Leitungen herrührt) sollte bedeuten, daß die Kosten des verbesserten oberen Netzwerkes verbunden mit den längeren Verbindungen in Grenzen gehalten werden. Dies sollte erlauben, daß alle signifikanten Kosteneinsparungen, die für die Vermittlungsrationalisierung identifiziert wurden, voll ausgenutzt werden können.
Die passive Netzwerkarchitektur, die von der vorliegenden Erfindung angeboten wird, stellt eine Gelegenheit zur Entwicklung gegen ein Breitband-Vieldienstnetzwerk dar. Wenn man die Entwicklung zu einem Breitbanddienst-Vermögen in Betracht zieht, muß an zwei wichtigen Prinzipien so weit wie möglich festgehalten werden. Sie sind: (a) der Bedarf die Kosten aller zusätzlichen Merkmale zu minimieren, die erfordert sind in dem anfänglichen Netzwerk, um eine würdevolle Entwicklung zu einem Vieldienst-Breitbandnetzwerk zu erlauben, und (b) in der Lage zu sein, Breitbandienste zu einem existierenden System hinzuzufügen ohne die Basisfernsprechbetriebkunden zu stören, die schon angeschlossen sind.
Eine wichtige Betrachtung für das Breitbandnetzwerk ist die Menge von zusätzlicher Feldanlagen- und Installationsarbeit, die erforderlich sein wird, um die neuen Dienste hinzuzufügen. Das Ziel hier muß sein, derartige Kosten zu minimieren durch Benutzen so viel wie möglich der installierten Systembasis.
Eine Ausweitung des Systemes, um Dienste mit höheren Bitraten zu tragen, wie z.B. Kabelfernsehen, erfordert die Benutzung von Wellenlängen-Teilmultiplex-(WDM)-Techniken, sofern die Bitrate nicht ausreichend breit am Eingang ist, um zukunftigen Breitbanddienst zu erlauben. Das letztere würde die Kosten der anfänglichen Basisdienste zu einem unakzeptablen Grad belasten und die Einführung eines Breitbanddienstes muß, zum Minimum, von der Hinzufügung von zumindest einer Wellenlänge abhängen, was den existierenden Engband-Kunden erlaubt, ungestört in einem niedrigen Bitratenmodus fortzufahren. Da Breitbanddienste höhere Bitraten erfordern als die Niedrig-Geschwindigkeftsdaten- und Sprachdienste werden die Empfindlichkeiten des optischen Empfängers beträchtlich reduziert werden. Dies führt mit sich, daß das optische Aufspaltverhältnis, das benutzt wird, zu breit sein wird für den optischen Leistungshaushalt, der für die Breitbanddienste zur Verfügung steht. Es folgt daher, daß verschiedene Zugriffspunkte verfügbar sein müssen für die Einspeiserfasern, die die Breitbanddienste von dem Kopfende tragen, in die optische Aufspaltmatrix.
Ein bidirektionales optisches Verzweigungsnetzwerk mit zwei Aufspaltstufen von Verteilen kann eine Dienstaufbesserung haben durch Bereitstellen einer zusätzlichen Faser von der Vermittlung zu dem ersten Aufspaltpunkt und Verbinden mit verschiedenen Niveaus in diesem Aufspalter. Obwohl das bidirektionale Netzwerk soweit die größte Aufmerksamkeit empfangen hat, sind andere Strukturen möglich in dem Konzept eines passiven optischen Netzwerks der Erfindung des Anmelders und einige von diesen können Vorteile entweder bei einer anfänglichen Fernsprechbetrieb-Realisierung oder bei der Entwicklung von Breitbanddiensten haben. Zum Beispiel kann der Fernsprechbetrieb zwei unidirektionale Netzwerke sein, die jeweils "Hinlauf"- und "Rücklauf"-Kanäle haben, um die Vorteile niedriger Übertragungsverluste zu gewinnen, und um Reflexionsprobleme zu vermeiden, oder er könnte eine einzelne Aufspaltstufe wie oben beschrieben in bezug auf Fig. 4 haben.
Die Entwicklung der optischen Technologie und das Dienstpaket, das von einem verbesserten Netzwerk getragen wird, sind offensichtlich eng gekoppelt. Zum Beispiel wird die Anzahl der Wellenlängen, die für eine Breitbandaufwertung verfügbar sind entscheidend von der angeführten optischen Technologie abhängen. Auch können die Technologien, die zur Vermittlung-zum-Kunden-Übertragung benutzt werden, ökonomisch eigenwirtschaftlich sein, gut im Vorsprung von Kunden-zu-Vermittlungs- Übertragung aufgrund von gemeinsamem Benutzen von Betriebsmitteln an dem Vermittlerende. Die für optisches Wellenlängen-Multiplexen verfügbare Technologie kann grob in drei Kategorien technischer Ausgereiftheit aufgeteilt werden mit vielen Permutationen dazwischen (eine detalliertere Aufgliederung möglicher optischer Technolgieentwicklung und Dienstpaketen ist in Fig. 11 veranschaulicht).
a. Fabry-Pernt-(F-P)-Laser; die mit festen Wellenlängenfiltern zur Wellenlängenauswahl benutzt werden.
b. Longitudinale Einzelmoden-Laser (z.B. DFB) mit abstimmbaren optischen Filtern 18 und möglicherweise frühen heterodynen optischen Empfängern zur Wellenlängenauswahl.
c. Fortschrittliche kohärente optische Quellen mit Kombinationen von optischen Filtern (abstimmbar) und elektrischen (heterodynen) Techniken zur Kanalauswahl.
Die Herstellungstoleranzen der Fest-Wellenlängenfilter und die Zentrums-Wellenlängen und Leitungsbreiten der F-P-Laserquellen würden bedeuten, daß die Technologiekategorie (a) die Anzahl von verfügbaren Wellenlängen auf zwischen 6 und 12 Wellenlängen über beide Fenster der Faser limitieren würden. In der Kunden-zur-Vermittlung-Richtung, wo die Temperatursteuerung der Laserquellen unzulässig teuer sein kann, kann die Anzahl von verfügbaren Wellenlängen begrenzt sein auf zwischen 2 und 4 über beide Fenster.
Mit dem Technologie-(b)-Szenario kann auf längere Sicht die Anzahl der möglichen Wellenlängen beträchtlich größer sein mit vielleicht bis zu einer bis zweihundert möglichen in der Vermittlung-zum-Kunden-Richtung. Es kann jedoch gut sein, daß praktische Überlegungen wie die Größe der Aufspaltung oder Sicherheitsgesichtspunkte die Größe des Wellenlängen-Multiplexers beschränken würden bevor es die optische Technolgie wurde. Auch in der stromaufwärtigen Richtung, ohne Einrichtungen zur Wellenlängendrift-Korrektur, könnten 10 bis 50 Kanäle verfügbar sein.
Wo die kohärente Technologie von Szenario (c) angeführt ist, sind dann hunderte von Wellenlängen im Prinzip möglich, die Beschränkungen sind durch nichtlineare Phänomene in den Fasern auferlegt. Mit der großen Anzahl von Wellenlängenkanälen und der möglicherweise großen verfügbaren optischen Leistungshaushalte würde diese Technologie eine weitere bedeutende Neubewertung der Betriebstopologien für optische Netzwerke anbieten.
Die drei Technologie-Szenarios sind auch kennzeichnend für eine relative Zeitmaßstabs-Verfügbarkeit. Szenario (a) ist tatsächlich die "heutige" Technologie, (b) ist möglich in einem zwei bis fünf Jahre Maßstab und (c) ist vielleicht verfügbar innerhalb des Jahrzehntes zu kommerziell akzeptablen Preisen. Jedoch müssen alle zeitlichen Vorhersagen betreffs fortschrittlicher optischer Technologie mit äußerster Vorsicht gemacht werden und können sich sogar; die Geschwindigkeit früherer optischer Entwicklung vorausgesetzt, als pessimistisch erweisen.
Vorausgesetzt, daß Wellenlängen-Multiplexen das Verfahren zum Einführen von Breitbanddiensten in das Netzwerk sein wird, und daß Studien zur optimalen Topologie noch erforderlich sind, sind das folgende einige Beispiele, wie das bidirektionale Verzweigungsnetzwerk mit zwei Aufspaltstufen sich entwickeln könnte, beschrieben mit Bezug auf die Fig. 12 bis 14.
Fig. 12 zeigt ein anfängliches Netzwerk, das eine einzelne Wellenlänge benutzt, um Fernsprechbetrieb-/Daten-Dienste bereitzustellen. Der optische Engpaßfilter an der Ausrüstung des Kunden erlaubt den Durchgang nur der anfänglichen Wellenlänge für Engbanddienste, demgemaß störende Kanäle von (und unautorisierten Zugriff auf) Breitbanddiensten blockierend, die an einer späteren Stufe hinzugefügt wurden. Eine andere Schlüsselvorkehrung für Breitbanddienst ist die Installation am Anfang eines Mehrstufen-Schaltschrank-Aufspalters, der über eine breite optische Bandbreite in sowohl den 1300 als auch den 1500 Fenstern arbeitet. Dies erleichtert eine teilweise Umleitung durch Breitbanddienst-Einspeiser-Faser zwischen der Vermittlung und dem Schaltschrank (siehe unten). Diese extra Fasern können installiert werden entweder in dem Kabel oder getrennt zu einem späteren Zeitpunkt.
Fig. 13 zeigt, wie zusätzliche Wellenlängen benutzt werden können, um neue Dienste, z.B. Kabelfernsehen (CATV), zu dem Netzwerk hinzuzufügen ohne Unterbrechung des Fernsprechbetriebsdienstes. Die zusätzlichen Wellenlängen werden zu dem Schaltschrank über zusätzliche Einspeiserfasern getragen und in das Netzwerk an Raumeingängen zu dem Schaltschrankaufspalter eingespeist. Die zusätzlichen Wellenlängen werden im allgemeinen eine höhere Bitrate tragen als die Fernsprechbetrieb- und ISDN-Kanäle. Um die reduzierte Empfängerempfindlichkeit aufzunehmen, die durch die höhere Übertragungsbitrate auftritt, kann die Faser einen Teil des Schaltschrankaufspalters umgehen, um die optischen Pfadverluste zwischen dem Vermittlungs-/Kopfende und der Ausrüstung des Kunden zu reduzieren. Kunden, die dazu vorgesehen sind, die zusätzlichen Breitbanddienste zu empfangen, würden mit einem einfachen Welleniängen-Entmultiplexer ausgerüstet werden, um die Breitband- und die Engbandwellenlängen zu trennen.
Jede zusätzliche Wellenlänge, die auf eine gemeinsame Faser zwischen der Vermittlung und der Kabine gemultiplext wird, könnte einen digitalen CATV-Multiplex bei, sagen wir; 565 Mbit/s tragen. Dies erlaubt, daß 16x70-Mbit/s- oder 8x140-Mbit/s-Kanäle übertragen werden durch eine zusätzliche Wellenlänge über diesen Abschnitt des Netzwerks. Bei dieser Bitrate könnte die optische Aufspaltung begrenzt sein auf 32 Wege, verglichen mit sagen wir 128 für die optische Fernsprechbetriebsaufspaltung. Die Hinzufügung von nur einer oder zwei zusätzlichen optischen Wellenlängen könnte einen CATV-Dienst bereitstellen, der 16 bis 32 Kanäle auf das optische Basisfernsprechbetrieb-Netzwerk liefert. Dies würde sehr wenig zusätzliche optische Komponenten erfordern - d.h. optische Breitbandübertrager und Wellenlängen-Multiplexer an der Vermittlung; Wellenlängen-Entmultiplexer und Breitbandempfänger an jeder Kundenendstelle.
Zusätzliche Wellenlängen, die auf diese Weise bereitgestellt werden, geben Anlaß zu einer wichtigen Wahl für den Betrieb der CATV-Dienste:
Die Kunden könnten Zugriff auf irgendeine der Übertragungswellenlängen über einen abstimmbaren optischen Filter haben, der in ihre Endstellenausrüstung eingebaut ist. Dies würde gleichzeitigen Empfang von verschiedenen Kanälen erlauben, die aus dem elektrischen Multiplex von 8 oder 16 Kanälen gewählt wurden, die auf der ausgewählten Wellenlänge getragen werden. Gleichzeitiger Empfang von mehr als einer optischen Wellenlänge würde zusätzliches optisches Filtern und einen optischen Empfänger für jede zusätzliche ausgewählte Wellenlänge erfordern. Jedoch könnte eine 100%-ige Eindringung eines Dienstes, der jede Anzahl von gleichzeitigen Kanälen (bis zu der Gesamtanzahl, die auf einem Einspeiserfaser übermittelt wird) zu jedem Kunden anbietet, auf diese Weise erreicht werden.
Alternativ könnte die Anzahl der CATV-Kanäle, die verfügbar gemacht wurde durch die Kombination von WDM und TDM, genug sein, um einen oder mehrere zugewiesene Videokanäle zu erlauben, die jedem CATV-Kunden zugewiesen werden. In diesem Falle arbeitet das Netzwerk als ein Stern, wobei der Schalter zentral bei der Vermittlung angeordnet ist. Dieses System würde einen Fest-Wellenlängen-Entmultiplexer und einen optischen Empfänger in der Ausrüstung des Kunden benutzen. Obwohl dies die Ausrüstung des Kunden vereinfachen könnte, könnte es ein Kompromiß zwischen Diensteindringung und Anzahl gleichzeitiger Kanäle, die von den Kunden empfangen werde, bedeuten. Zum Beispiel, wenn die Kombination von WDM und TDM erlaubte 32 Kanäle zu übertragen auf jedem Einspeiserfaser und eine optische 32- Weg-Aufspaltung erreicht werden konnte, dann könnte ein Kanal pro Kunde auf einer 100%-igen Eindringungsbasis zugeordnet werden. Wenn jedoch vier Kanäle pro Kunde gefordert werden, dann würde eine Eindringung von nur 25% verfügbar sein, es sei denn zusätzliche Wellenlängen könnten bereitgestellt werden, um mehr Kanäle zu liefern.
Eine fortschrittlichere Stufe, die DFB-Laser benutzt, und veranschaulicht ist in Fig. 14, wird die Zuordnung von zumindest einer zugewiesenen Wellenlänge pro Kunde erlauben. Zum Beispiel, bei sagen wir 12 bis 32 verfügbaren Wellenlängen auf einer 32-Weg-Aufspaltung, würde es möglich sein, jeden CATV-Kunden mit einer Wellenlänge zuzuordnen, um alle die erforderten Breitbanddienste, d.h. CATV, HDTV usw., zu tragen. Die geringere Anzahl von Wellenlängen würde die Eindringung zu 40% begrenzen, aber da die Anzahl von Wellenlängen 32 annäherte, konnte eine 100%-ige Eindringung erreicht werden.
Eher als einfach die Wellenlängen den individuellen Kunden zuzuweisen, gibt es auch an dieser Stufe die Gelegenheit abstimmbare optische Filter zu benutzen beim Kunden, als eine Breitbandschaltstufe. Dies könnte signifikant das Vermittlungsschalten der ungleichen Breitbanddienste vereinfachen (z.B. Mischungen von Ubertragungs- und zugewiesenen Diensten von vielen Quellen könnten auf verschiedene optische Wellenlängen gemultiplext werden und durch die Ausrüstung des Kunden ausgewählt werden).
Für jede der Technologiestufen, die beschrieben wurden, hängt die Anzahl von Wellenlängen, die möglich sind, kritisch von der Toleranz und der Stabilität des Lasers, der Filter und der benutzbaren Bandbreite der Faser und Koppler ab. Wenig kostende Endbanddienste, wie Fernsprechbetrieb und ISDN, können notwendigerweise ohne Temperaturstabilisation in den Endstellen der Kunden arbeiten, was signifikantes Wellenlängendriften des Lasers des Kunden bedeuten kann. Daher, wenn Schemen, wie die, die in den Fig. 2 bis 7 gezeigt sind, benutzt werden, würden breite Kanalabstände notwendig sein für Dienste in der Kunde-zu-Vermittlung-Richtung der Übertragung. Engere Abstände würden möglich sein in der Vermittlung-zu-Kunde-Richtung durch Benutzen von temperaturgesteuerten Quellen an der Vermittlung und abstimmbarer Filter in der Ausrüstung des Kunden, um Filterzentrums-Wellenlängentoleranzen zu vermeiden.

Claims

1. Digitales Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station (4), eine Vielzahl von Außenstellen (8), ein Übertragungsmedium (2) in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, das bei Benutzung gemultiplexte Signale für die Außenstellen in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmensynchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einen Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium (2) gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium (2') speziell für die Rücklaufsignale; worin zum Aufbauen der Synchronisation von Signalen, die von den Außenstellen zu der zentralen Station rücklaufen, die zentrale Station eine Einrichtung (60) zum Übertragen eines ersten Signales zu den Außenstellen, eine Einrichtung (90), die auf die Empfangszeit eines jeweiligen zweiten Signales von einer Außenstelle antwortet, um eine jeweilige Verzögerung für das jeweilige zweite Signal zu berechnen, und um ein jeweiliges drittes Signal zu der Außenstelle, die für die jeweilige Verzögerung kennzeichnend ist, zu übertragen, aufweist; und wobei jede Außenstelle eine Einrichtung (92), die auf den Empfang des ersten Signales antwortet, um das zweite Signal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Synchronisationssignal zu übertragen, und eine Einrichtung (92) aufweist, die auf das dritte Signal antwortet, um die Übertragung des zweiten Signales um den geeigneten Betrag zu verzögern: wobei das Netzwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Außenstelle (8) angeordnet ist, um ihr zweites Signal so neu zeitlich abzustimmen, daß es an einer vorbestimmten Position bei jeder Rücklaufrahmen-Übertragung von der Außenstelle auftritt, wobei die zeitlich neu abgestimmten zweiten Signale von allen übertragenden Außenstellen gleichzeitig an der zentralen Station (4) empfangen werden und tatsächlich ein einzelnes Rahmensynchronisationssignal für die Rücklaufrahmen bilden.

2. Netzwerk gemaß Anspruch 1, worin jedes zweite Signal in der Form eines einzelnen Impulses ist.

3. Netzwerk gemaß Anspruch 1 oder 2, worin jede Außenstelle (8) angeordnet ist, um bei Benutzung ein jeweiliges viertes Signal zu übertragen, das von dem jeweiligen zweiten Signal um einen jeweiligen vorbestimmten Betrag verzögert ist; und worin die zentrale Station (4) angeordnet ist, um die empfangenen vierten Signale zu überwachen, um zu erfassen, wenn ein viertes Signal nicht an seiner vorbestimmten Position ist, und um ein jeweiliges Korrektursignal zu der jeweiligen Außenstelle (8) zu übertragen, und dadurch die Außenstellen-Synchronisation aufrecht zu erhalten.

4. Digitales Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station (4), eine Vielzahl von Außenstellen (8), ein Übertragungsmedium (2) in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, das bei Benutzung multigeplexte Signale für die Außenstellen in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmensynchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einen Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium (2) gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium (2') speziell für die Rücklaufsignale; worin zum Aufbauen einer Synchronisation von Signalen, die von den Außenstellen zu der zentralen Station zurücklaufen, die zentrale Station eine Einrichtung (60) zum Übertragen eines ersten Signales zu den Außenstellen, eine Einrichtung (90), die auf die Empfangszeit eines jeweiligen zweiten Signales von einer Außenstelle antwortet, um eine jeweilige Verzögerung für das jeweilige zweite Signal zu berechnen und um ein jeweiliges drittes Signal zu der Außenstelle, die kennzeichnend für die jeweilige Verzögerung ist, zu übertragen, aufweist; und wobei jede Außenstelle eine Einrichtung (92), die auf Erhalt des ersten Signales antwortet, um das zweite Signal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Synchronisationssignal zu übertragen, und eine Einrichtung (92) aufweist, die auf das dritte Signal antwortet, um die Übertragung des zweiten Signales um den geeigneten Betrag zu verzögern: wobei das Netzwerk dadurch gekennzeichnet ist, daß jede Außenstelle (8) angeordnet ist, um bei Benutzung ein jeweiliges viertes Signal zu übertragen, das so verzögert ist, daß es an einer jeweiligen vorbestimmten Position in einer Rücklaufrahmen-Übertragung von der Außenstelle auftritt, und dadurch, daß die zentrale Station (4) angeordnet ist, um die empfangenen vierten Signale zu überwachen, um zu bestimmen, wenn ein viertes Signal nicht an seiner vorbestimmten Position ist, und um ein jeweiliges Korrektursignal zu der jeweiligen Außenstelle zu übertragen, und dadurch die Außenstellensynchronisation aufrecht zu erhalten.

5. Netzwerk gemäß entweder Anspruch 3 oder Anspruch 4, worin jede Außenstelle (8) angeordnet ist, um ihr jeweiliges viertes Signal in jedem Rücklaufrahmen zu übertragen.

6. Netzwerk gemäß einem der Ansprüche 3 bis 5, worin jedes vierte Signal in der Form eines einzelnen Impulses ist.

7. Netzwerk gemaß einem der Ansprüche 3 bis 6, worin das Korrektursignal ein weiteres drittes Signal ist, kennzeichnend für die erforderte Verzögerung.

8. Netzwerk gemäß einem der Ansprüche 3 bis 6, worin das Korrektursignal ein fünftes Signal ist, kennzeichnend für ein Inkrement oder Dekrement, das von der Verzögerung gefordert wurde, die zuvor über das jeweilige dritte Signal übertragen wurde.

9. Verfahren zum Aufbauen einer Außenstellen-Synchronisation in einem Rücklaufrahmen in einem digitalen Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station (4), eine Vielzahl von Außenstellen (8), ein Übertragungsmedium (2) in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station und den Außenstellen, das bei Benutzung gemultiplexte Signale in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmensynchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen passiv in einen Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium (2) gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium (2') speziell für die Rücklaufsignale, wobei das Verfahren die Schritte aufweist von Senden eines ersten Befehlssignals zu einer ausgewählten Außenstelle (8) um sie zu veranlassen, ein Rücklaufsynchronisationssignal in einer vorbestimmten Beziehung mit einem empfangenen Rahmensynchromsationssignal zu der zentralen Station (4) zu senden, von Verarbeiten des empfangenen Rücklaufsynchronisationssignales, um ein zweites Befehlssignal zu erzeugen, um die ausgewählte Außenstelle (8) zu veranlassen, die vorbestimmte Beziehung zu ändern, und von Übertragen von der Außenstelle (8) eines weiteres Rücklaufsynchronisationssignals zu der geänderten Beziehung: dadurch gekennzeichnet, daß die ausgewählte Außenstelle (8) ihr Rücklaufsynchronisationssignal zu Beginn eines Abschnittes (54A) eines Rücklaufrahmens überträgt, der zu dem empfangenen Rahmensynchronisationssignal synchronisiert ist, wobei der Abschnitt den Rücklaufrahmen-Synchronisationssignalen zugeordnet ist, daß die zentrale Station (4) die Verzögerung zwischen einer geforderten Empfangszeit des Rücklaufsynchronisationssignales zu Beginn des Abschnittes (54A) des Rücklaufrahmens, der an der zentralen Station (4) empfangen wurde, und die tatsächliche Empfangszeit des Rücklaufsynchronisationssignales bestimmt, und daß die Außenstelle (8) auf Empfang des zweiten Befehlssignales antwortet, um die vorbestimmte Beziehung um einen Betrag zu ändern, der der bestimmten Verzögerung entspricht, so daß das weitere Rücklaufsynchronisationssignal das Empfangene an der zentralen Station zu einer erforderten Empfangszeit für das weitere Rücklaufsynchronisationssignal ist.

10. Verfahren gemäß Anspruch 9, worin das weitere Rücklaufsynchronisationssignal in der Form eines einzelnen Impulses ist.

11. Verfahren des Aufrechterhaltens einer Außenstellensynchronisation in einem digitalen Kommunikationsnetzwerk, das eine zentrale Station (4), eine Vielzahl von Außenstellen (8), ein Übertragungsmedium (2) in der Form einer Verzweigungsanordnung zwischen der zentralen Station (4) und den Außenstellen (8), das bei Benutzung gemultiplexte Signale in der Form eines Stromes von Übertragungsrahmen trägt, von denen jeder ein Rahmensynchronisationssignal umfaßt, aufweist, wobei das Netzwerk angepaßt ist, damit Rücklaufsignale von den Außenstellen (8) passiv in einen Strom von Rücklaufrahmen auf das Übertragungsmedium (2) gemultiplext werden, oder auf ein ähnliches Übertragungsmedium (2') speziell für die Rücklaufsignale: dadurch gekennzeichnet, daß jede Außenstelle (8) ein jeweiliges Synchronisationskontrollsignal zu einer jeweiligen vorbestimmten Zeit in einem Rücklaufrahmen-Synchronisationsabschnitt (54C) eines Rücklaufrahmens aussendet, empfangen an der zentralen Station (4) der Synchronisationskontrollsignale, und durch Senden eines jeweiligen Befehlssignales zu jeder Außenstelle (8), deren Synchronisationskontrollsignal nicht empfangen wurde zu der jeweiligen erwarteten Zeit, um sie zu veranlassen, die Zeitzählung ihrer Rücklaufsignale in Übereinstimmung mit dem jeweiligen Befehlssignal zu ändern und dadurch zu der Synchronisation in den Rücklaufrahmen zurückzukehren.

12. Verfahren gemäß Anspruch 11, worin jede Außenstelle (8) ein jeweiliges Synchronisationskontrollsignal in jedem Rücklaufrahmen sendet.

13. Verfahren gemaß entweder Anspruch 11 oder 12, worin die jeweiligen Synchronisationskontrollsignale in der Form eines einzelnen Impulses sind.