DE4217821A1 - Optisches Koppelnetzwerk - Google Patents
Optisches KoppelnetzwerkInfo
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Description
Die Erfindung geht aus von einem optischen Koppelnetzwerk
nach der Gattung des Hauptanspruchs.
Zum Verbinden mehrerer optischer Sender mit mehreren
optischen Empfängern sind bereits verschiedene
Koppelnetzwerke bekannt. So ist beispielsweise ein
einstufiges Netzwerk in P. Granestrand et al: Strictly
Nonblocking 8×8 Integrated Optical Switch Matrix,
Electronics Letters 22, S. 116 bis 118 (1986) bekannt. Dabei
werden N Eingänge mit N Ausgängen blockierungsfrei
verbunden. Das Netzwerk besteht aus einer zeilen- und
spaltenförmigen Anordnung von Schaltern mit je zwei
Eingängen und Ausgängen, beispielsweise sogenannten
schaltbaren Richtkopplern. Jede Zeile ist einem Eingang und
jede Spalte einem Ausgang zugeordnet. Es werden N2 Schalter
benötigt. Es sind ferner mehrstufige Netzwerke bekannt,
beispielsweise aus V. E. Benes: Math. Theory of Connecting
Netw. and Telephone Traffic, Acad. Pr., San Diego 1965.
Die oben beschriebenen optischen Koppelnetzwerke werden mit
Hilfe zugeführter Signale in geeigneter Weise gesteuert.
Andere optische Koppelnetzwerke arbeiten mit einer
frequenzabhängigen Durchschaltung, was auch
Frequenzadressierung genannt wird. Ein derartiges Netzwerk
ist beispielsweise in J. Sharony et al:
"Wavelength-rearrangeable and Strictly Nonblocking Networks"
Electronics Letters, 12.03.92, Vol. 28, No 6, S. 536 bis 537
beschrieben. Dabei sind abstimmbare optische Sender und
Empfänger vorgesehen, von denen jeweils ein Teil gemeinsam
an einem Eingang bzw. Ausgang eines optischen Netzwerkes mit
Frequenzadressierung angeschlossen ist. Soll von einem der
Sender eine Nachricht zu einem bestimmten Empfänger
übermittelt werden, so ist der Sender auf die jeweilige
Frequenz abzustimmen. Mit der Vorgabe dieser Frequenz findet
das vom Sender ausgehende optische Signal seinen Weg durch
das Netzwerk mit Frequenzadressierung zum vorgesehenen,
ebenfalls abgestimmten Empfänger.
Neben einigen Vorteilen, beispielsweise dem Entfallen von
zusätzlichen Steuerungen, weisen derartige Netzwerke den
Nachteil auf, daß die Sendefrequenzen sehr genau eingehalten
werden müssen und daß die Empfänger und das Netzwerk sehr
schmalbandige Filter enthalten müssen und trotzdem die
Teilnehmeranschlußzahl relativ stark begrenzt ist.
Als Maß für die Güte von optischen Koppelnetzwerken sind
unter anderem die darin entstehenden Leistungsverluste und
die Blockierungsfreiheit wesentlich. Im Sinne einer
möglichst geringen Dämpfung und einer wirtschaftlichen
Realisierbarkeit sollte die Zahl der benötigten Schalter pro
Teilnehmeranschluß möglichst gering sein.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es, diese Forderungen
weitgehend zu erfüllen.
Das erfindungsgemäße optische Koppelnetzwerk mit den
kennzeichnenden Merkmalen des Hauptanspruchs hat den
Vorteil, daß auch bei großen Teilnehmeranschlußzahlen das
zur Verfügung stehende optische Frequenzband nicht in allzu
viele Einzelbänder aufgeteilt werden muß. Außerdem ist
empfängerseitig keine Frequenzselektion erforderlich, so daß
- wie bei üblichen Fernsprechnetzen - ein Teilnehmer seine
Individualisierung durch den jeweiligen Anschluß an die
Vermittlungsstelle erhält.
Als weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen optischen
Koppelnetzwerkes ist anzusehen, daß die Zahl der Schalter
kleiner als bei bekannten Netzwerken ist und daß weniger
optische Verstärker benötigt werden.
Durch die in den Unteransprüchen aufgeführten Maßnahmen sind
vorteilhafte Weiterbildungen und Verbesserungen der im
Hauptanspruch angegebenen Erfindung möglich.
Ausführungsbeispiele der Erfindung sind in der Zeichnung
anhand mehrerer Figuren dargestellt und in der nachfolgenden
Beschreibung näher erläutert. Es zeigt:
Fig. 1 ein erstes Ausführungsbeispiel,
Fig. 2 ein bekanntes einstufiges Koppelnetzwerk in Form
einer Schaltmatrix,
Fig. 3 ein Beispiel eines bekannten schaltbaren optischen
Richtkopplers,
Fig. 4 ein bekanntes zweistufiges Koppelnetzwerk mit einer
Baumstruktur,
Fig. 5 einen schaltbaren Multiplexer, der bei dem
Koppelnetzwerk nach Fig. 1 verwendbar ist,
Fig. 6 ein zweites Ausführungsbeispiel,
Fig. 7 ein drittes Ausführungsbeispiel und
Fig. 8 schematische Darstellungen bekannter einstufiger,
zweistufiger und dreistufiger Koppelnetzwerke und
vergleichbarer erfindungsgemäßer Koppelnetzwerke.
Gleiche Teile sind in den Figuren mit gleichen Bezugszeichen
versehen. Die Eingänge der einzelnen Funktionsblöcke
befinden sich in den Figuren an der linken, die Ausgänge an
der rechten Seite des jeweiligen Funktionsblocks.
Bei dem in Fig. 1 dargestellten Ausführungsbeispiel verfügt
ein Koppelnetzwerk 10 über k·n Eingänge 11 bis 1kn, von
denen nur zwei explizit dargestellt sind. Ferner sind nur
zwei an die Ausgänge 11 und 1kn angeschlossene Sender 21 und
2kn in Fig. 1 angedeutet. Die Sender 21 und 2kn sind auf
eine Frequenz f1 bis fk abstimmbar. Außerdem können die
Sender auf einer Frequenz f0 ein optisches Signal senden,
das eine Steuerinformation für eine Schaltmatrix 31 im
Koppelnetzwerk 10 enthält. Die Information darüber, welcher
der Empfänger 41 bis 4kn die mit der optischen Frequenz
f = fi, i = 1 . . . k auszusendende Nachricht erhalten soll,
besteht also einerseits in einer der Frequenz f0
aufgeprägten Nachricht und andererseits in der Auswahl einer
der Frequenzen f1 bis fk.
Zur Steuerung der Schaltmatrix 31 werden die optischen
Signale mit der Frequenz f0 von den Eingängen 11 bis 1kn
einer Steuerschaltung 32 zugeführt, welche die Signale
demoduliert und die Schaltmatrix 31 entsprechend schaltet.
Mittel zur Auskopplung der Frequenz f0 und zur Verhinderung
von Übersprechen zwischen den einzelnen Eingängen 11 bis 1kn
durch die Zusammenfassung der optischen Signale sind bei
Bedarf vorzusehen und sind als solche bekannt. Deshalb wurde
von einer Erläuterung im einzelnen abgesehen.
Die Schaltmatrix 31 weist k·n Eingänge und n Ausgänge auf.
Die Schaltmatrix 31 ist breitbandig, das heißt, es erfolgt
keine Selektion der Frequenzen f1 bis fk. An jedem der n
Ausgänge der Schaltmatrix 31 können daher Signale der
Frequenzen f1 bis fk anstehen. Die Ausgänge sind mit je
einem Demultiplexer 51 bis 5n verbunden, der
frequenzabhängig, auch frequenzadressiert genannt, die ihm
zugeführten Signale auf jeweils k Ausgänge verteilt, so daß
das in Fig. 1 dargestellte Koppelnetzwerk insgesamt die
Ausgänge 61 bis 6kn aufweist. Die Empfänger 41 bis 4kn sind
breitbandig ausgelegt, was einerseits eine technische
Vereinfachung und andererseits eine logistische
Erleichterung bedeutet. Das Koppelnetzwerk ist streng
blockierungsfrei, und es werden k·n2 Schalter und n
Demultiplexer benötigt. Als frequenzabhängige Demultiplexer
geeignete Anordnungen sind in L. Bersiner "Fresnellinsen in
integriert optischen Wellenlängenmultiplexern",
Dissertation, Paderborn 1990 beschrieben.
Die in der Schaltmatrix 31 enthaltenen Schalter haben bei
dem Koppelnetzwerk gemäß Fig. 1 zusätzlich zur schaltenden
Funktion auch eine Multiplexerfunktion, weil auf einen
Ausgang der knxn-Schaltmatrix k optische Frequenzen geführt
werden. Darum ist der Einsatz von schaltbaren Richtkopplern
gemäß Fig. 3 in der Schaltmatrix 31 nicht möglich. Ein
Beispiel für einen in der Schaltmatrix 31 brauchbaren
Koppelpunkt wird später im Zusammenhang mit Fig. 5 genauer
erläutert. Im folgenden werden jedoch zunächst einige
bekannte Koppelnetzwerke anhand der Fig. 2 bis 4
erläutert.
Fig. 2 zeigt ein bekanntes Koppelnetzwerk, das als
Schaltmatrix ausgebildet ist. Vier Eingänge, die jeweils
durch Pfeile gekennzeichnet sind, können wahlweise mit vier
Ausgängen, die ebenfalls durch Pfeile verdeutlicht sind,
verbunden werden. Die einzelnen Koppelpunkte 33 werden z. B.
von schaltbaren Richtkopplern gemäß Fig. 3 gebildet, bei
welchen zwei Wellenleiter 34, 35 nebeneinander geführt
werden, so daß in dem durch einen Punkt gekennzeichneten
Bereich mit Hilfe eines elektrischen Feldes eine Führung der
Lichtwellen von einem der Leiter 34, 35 in den anderen
Leiter 35, 44 bewirkt wird. Eine Steuerschaltung 36 steuert
bei der Anordnung nach Fig. 2 die einzelnen Koppelpunkte 33.
Fig. 4 zeigt ein zweistufiges Koppelnetzwerk in einer
Baumstruktur, wobei vier Eingangsstufen 37 aus jeweils drei
schaltbaren Richtkopplern 33 gebildet sind. Die Ausgänge der
Eingangsstufen 37 sind über ein Permutationsnetzwerk an
Eingänge von 4×1-Verbindern 38 angeschlossen, welche über
Verstärker 39 mit den Ausgängen des Koppelnetzwerkes nach
Fig. 4 verbunden sind. Eine Steuerschaltung 36′ steuert bei
der Anordnung nach Fig. 4 die einzelnen Koppelpunkte 33.
Der Durchschalteweg durch das Koppelnetzwerk wird von der
Stellung der schaltbaren Richtkoppler in der ersten Stufe
bestimmt. Das Netzwerk ist blockierungsfrei. Weitere
Eigenschaften werden bei dem Vergleich der bekannten und der
erfindungsgemäßen Koppelnetzwerke anhand von Fig. 8
erläutert.
Fig. 5 zeigt ein Ausführungsbeispiel für einen Koppelpunkt
einer Schaltmatrix, der sowohl einen Multiplexer für
optische Signale verschiedener Frequenzen als auch einen
Schalter darstellt und deshalb im folgenden schaltbarer
Multiplexer genannt wird. In der Darstellung nach Fig. 5a
ist der schaltbare Multiplexer eingeschaltet, während er
sich in Fig. 5b im ausgeschalteten Zustand befindet. Der
dargestellte schaltbare Multiplexer kann ein beliebiger
Koppelpunkt der Schaltmatrix 31 (Fig. 1) sein. Von einem der
Eingänge 11 bis 1kn wird einer Zeile 71 ein optisches Signal
mit der Frequenz fk zugeführt.
Im eingeschalteten Zustand des Multiplexers soll dieses
Signal in die Spalte 72 geführt werden und dort mit
gegebenenfalls bereits vorhandenen Signalen der Frequenzen
f1 bis fk-1 gemultiplext werden. Im Auszustand soll das
Signal in der gleichen Zeile 71 weitergeleitet werden. Dazu
ist ein schaltbarer Verstärker 73 vorgesehen, der die durch
einen 3dB-Koppler 74 verursachten Verluste ausgleicht.
Ausgeschaltet wirkt der Verstärker 73 als Sperre (Fig. 5a).
In diesem Fall wird ein die Zeile 71 mit der Spalte 72
verbindender weiterer Verstärker 75 aktiviert, so daß die
Signale von der Zeile 71 über den 3dB-Koppler 74, den
Verstärker 75 und einen weiteren 3dB-Koppler 76 zur Spalte
72 geführt werden und nochmals mit Hilfe eines Verstärkers
77 verstärkt werden. Ausgeschaltet wirkt der Verstärker 75
als Sperre, die den Signalfluß von Zeile 71 auf Spalte 72
verhindert (Fig. 5b). Mit der Einfügung der Verstärker ist
sichergestellt, daß die durch die 3dB-Koppler 74, 76 jeweils
verursachte Dämpfung kompensiert wird.
Fig. 6 zeigt ein zweites Ausführungsbeispiel, bei welchem
jeder der Eingänge 11 bis 1kn mit dem Eingang eines
1×n-Schalters verbunden ist. Jeder der n Ausgänge der
1×n-Schalter 81 bis 8kn ist mit einem Eingang von n
Multiplexern 91 bis 9n verbunden, deren Ausgänge über je
einen optischen Verstärker 101 bis 10n an je einen Eingang
eines frequenzabhängigen Demultiplexers 111 bis 11n
angeschlossen sind. Jeder der Demultiplexer 111 bis 11n
verfügt über k Ausgänge, die jeweils einer der Frequenzen f1
bis fk zugeordnet sind. Insgesamt weist das Koppelnetzwerk
20 gemäß Fig. 6 - wie das Koppelnetzwerk gemäß Fig. 1 - k·n
Ausgänge 61 bis 6kn auf, an welche breitbandige Empfänger 41
bis 4kn anschließbar sind. Die 1xn-Schalter 81 bis 8kn
werden mit Hilfe einer Steuerschaltung 32′ nach den über die
Frequenz f0 erhaltenen Informationen gesteuert.
Das in Fig. 7 dargestellte Ausführungsbeispiel ist ein
Koppelnetzwerk 30, das wie die Ausführungsbeispiele gemäß
den Fig. 1 und 6 k·n Eingänge und k·n Ausgänge umfaßt,
jedoch dreistufig aufgebaut ist. Dabei wird eine
Eingangsstufe aus k Schaltmatrizen 121 bis 12k gebildet, die
jeweils die Größe nxm aufweisen.
Eine mittlere Stufe wird von je m Multiplexern 131 bis 13m,
Verstärkern 141 bis 14m und frequenzabhängigen
Demultiplexern 151 bis 15m gebildet.
Eine Ausgangsstufe besteht aus k Schaltmatrizen 161 bis 16k.
Diese sind mit den Ausgängen der Demultiplexer 151 bis 15m
derart verbunden, daß Eingänge jeweils einer der
Schaltmatrizen 161 bis 16k optische Signale gleicher
Frequenz erhalten. Die Schaltmatrizen 161 bis 16k weisen die
Größe mxn auf. An die Ausgänge 61 bis 6kn sind Empfänger 41
bis 4kn anschließbar. Eine Steuerschaltung 32" steuert die
Eingangs- und Ausgangsstufen 121 bis 12k und 161 bis 16k,
während die Durchschaltung der optischen Signale in der
mittleren Stufe entsprechend der jeweiligen Frequenz f
erfolgt.
In Fig. 8 stellen die Diagramme A1 bis A3 an sich bekannte
Koppelnetzwerke der Größe NxN dar, die einstufig (A1),
zweistufig (A2) und dreistufig (A3) ausgeführt sind. Die
Diagramme B1 bis B3 zeigen erfindungsgemäße Koppelnetzwerke
gleicher Größe, die bezüglich ihrer Struktur mit den in den
Diagrammen A1 bis A3 dargestellten bekannten
Koppelnetzwerken vergleichbar sind. Unter den Diagrammen ist
jeweils die Anzahl S der erforderlichen Schalter und die
Anzahl V der Verstärker angegeben.
Vergleicht man ein erfindungsgemäßes Koppelnetzwerk nach dem
Diagramm B1 mit einer bekannten Schaltmatrix nach Diagramm
A1, ergibt sich, daß die Zahl der Schalter S bei dem
erfindungsgemäßen Koppelnetzwerk um den Faktor k kleiner
ist. Es werden allerdings bei dem erfindungsgemäßen
Koppelnetzwerk mehr Verstärker benötigt. Es bleibt daher dem
Fachmann im einzelnen überlassen, bei welchen Erfordernissen
im einzelnen das Koppelnetzwerk gemäß Diagramm B1
vorteilhaft verwendet werden kann.
Das erfindungsgemäße Koppelnetzwerk nach Diagramm B2 wird
mit einem zweistufigen bekannten Koppelnetzwerk gemäß
Diagramm A2 verglichen. Dabei zeigt sich, daß sowohl die
Zahl der Verstärker als auch die Zahl der Schalter bei dem
erfindungsgemäßen Koppelnetzwerk kleiner ist. Entsprechendes
zeigt ein Vergleich der Koppelnetzwerke nach den Diagrammen
B3 und A3.
Claims (10)
1. Optisches Koppelnetzwerk mit mehreren Stufen zur
Verbindung mehrerer optischer Sender mit mehreren optischen
Empfängern dadurch gekennzeichnet, daß mindestens eine Stufe
von mindestens einem steuerbaren breitbandigen Netzwerk (31;
81 bis 8N; 121 bis 12k) gebildet ist und daß mindestens eine
weitere Stufe aus mindestens einem Netzwerk (51 bis 5n; 91,
101, 111 bis 9n, 10n, 11n; 131, 141, 151 bis 13m, 14m, 15m)
mit frequenzabhängiger Durchschaltung besteht.
2. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß Eingängen (11 bis 1N; 11 bis 1kn) des
breitbandigen Netzwerkes (31; 81 bis 8N; 121 bis 12k)
schmalbandige optische Signale abstimmbarer Frequenz
zuführbar sind, denen weitere Signale zur Steuerung des
breitbandigen Netzwerkes zugeordnet sind.
3. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß die weiteren Signale optische Signale
mit einer festen Frequenz sind und mit
Steuerungsinformationen für das breitbandige Netzwerk (31;
81 bis 8N; 121 bis 12k) moduliert sind.
4. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß Netzwerke mit frequenzabhängiger
Durchschaltung von je einem frequenzabhängigen Demultiplexer
(51 bis 5n) gebildet sind, dessen Eingang mit einem Ausgang
des breitbandigen Netzwerkes (31) verbunden ist.
5. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß das breitbandige Netzwerk (81 bis 8kn)
über eine Anzahl kn·n Ausgänge verfügt, die ein Vielfaches
(n) der Anzahl (k·n) der Eingänge ist, daß die Ausgänge des
breitbandigen Netzwerkes über ein Permutationsnetzwerk mit
Eingängen der weiteren Stufe verbunden sind, und daß die
weitere Stufe aus einer Anzahl (n) Netzwerke mit
frequenzabhängiger Durchschaltung gebildet ist, die jeweils
einen Multiplexer (91 bis 9n) mit einer Anzahl (k·n)
Eingänge und einen frequenzabhängigen Demultiplexer (111 bis
11n) mit einer Anzahl (k) Ausgänge umfassen, wobei die
Anzahl der Ausgänge (k) der Demultiplexer der Anzahl der
Frequenzen entspricht, auf welche dem breitbandigen Netzwerk
zugeführte schmalbandige optische Signale abstimmbar sind
(Fig. 6).
6. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 5, dadurch
gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einem Multiplexer (91
bis 9n) und einem Demultiplexer (111 bis 11n) ein optischer
Verstärker (101 bis 10n) angeordnet ist.
7. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 1, dadurch
gekennzeichnet, daß eine erste Stufe von einem ersten
steuerbaren breitbandigen Netzwerk gebildet ist, daß eine
zweite Stufe von mehreren Netzwerken mit frequenzabhängiger
Durchschaltung gebildet ist, daß eine dritte Stufe aus einem
weiteren breitbandigen Netzwerk besteht und daß das erste
breitbandige Netzwerk mit den Netzwerken mit
frequenzabhängiger Durchschaltung und die Netzwerke mit der
frequenzabhängigen Durchschaltung mit dem zweiten
breitbandigen Netzwerk mit Hilfe jeweils eines
Permutationsnetzwerkes verbunden sind.
8. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 7, dadurch
gekennzeichnet, daß jeweils zwischen einem Multiplexer
(131 bis 13m) und einem Demultiplexer (151 bis 15m) ein
optischer Verstärker (141 bis 14m) angeordnet ist.
9. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 2, dadurch
gekennzeichnet, daß das breitbandige Netzwerk (31) über eine
Anzahl (k·n) von Eingängen (11 bis 1kn) verfügt, welche sich
aus dem Produkt der Anzahl (k) der abstimmbaren Frequenzen
und der Anzahl von Ausgängen des breitbandigen Netzwerkes
(31) ergibt.
10. Optisches Koppelnetzwerk nach Anspruch 9, dadurch
gekennzeichnet, daß das breitbandige Netzwerk (31) aus einer
Matrixanordnung besteht, deren Koppelpunkte je eine
schaltbare Verbindung zwischen den die Spalten (72) und
Zeilen (71) bildenden optischen Leitern umfaßt, wobei die
Verbindung aus einem Koppler (74), aus einem schaltbaren
Verstärker (75) und einem weiteren Koppler (76) besteht, und
daß sich in Signalflußrichtung gesehen nach dem mit dem
jeweiligen Leiter verbundenen optischen Koppler je ein
optischer Verstärker (73, 77) befindet, von denen einer (73)
schaltbar ist.
Priority Applications (3)
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Applications Claiming Priority (1)
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8139 | Disposal/non-payment of the annual fee |