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Die
Erfindung betrifft ein optisches Nachrichtenübertragungssystem nach der
Lehre des Oberbegriffs von Anspruch 1.
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Aus
der
DE 39 07 495 A1 ist
ein optisches Nachrichtenübertragungssystem,
das zwischen einer Zentrale und Teilnehmern nicht nur Fernsehsignale, sondern
auch Signale von bidirektionalen Diensten übertragen kann, bekannt. Dort
ist die Zentrale über einen
Lichtwellenleiter mit einer Vorfeldeinrichtung verbunden, die einen
Sternkoppler enthält,
von dem teilnehmerindividuelle Lichtwellenleiter zu einer Gruppe
von Teilnehmern führt.
Die Übertragung
von der Zentrale zu den Teilnehmern und in umgekehrter Richtung
erfolgt jeweils mit einer eigenen Trägerwellenlänge im Frequenzmultiplexverfahren.
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Aus
DE 40 22 027 A1 ist
ein optisches Datennetz hoher Betriebssicherheit bekannt. Im Zeitmultiplexverfahren
werden zwischen einer aktiven Zentraleinheit und Teilnehmer-Anschlußeinheiten Daten
ausgetauscht. Durch Parallelschalten einer Reserve-Zentraleinheit
wird die Betriebssicherheit erheblich vergrößert. Um ein störungsfreies
Umschalten zwischen den Zentraleinheiten zu ermöglichen, weisen diese steuerbare
Verzögerungseinrichtungen
auf, so dass die Laufzeiten der Signale zu und von den Teilnehmer-Anschlußeinheiten
mit Hilfe einer Spezial-Anschlußeinheit
abgeglichen werden können.
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Aus
DE 31 29 752 A1 ist
ein Breitbandkommunikationssystem bekannt. In einem optischen Breitbandnetz
mit jeweils zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmerstelle verlaufenden,
jeweils zwei Lichtwellenleiter aufweisenden Teilnehmeranschlußleitungen
werden über
den einen Lichtwellenleiter nur TV-und/oder Stereo-Breitbandsignale
von der Vermittlungsstelle zur Teilnehmerstelle übertragen. Über den anderen Lichtwellenleiter
werden in beiden Übertragungsrichtungen
alle Digitalkommunikations-Schmalbandsignale
zwischen Vermittlungsstelle und Teilnehmerstelle übertragen.
Die Schmalband-Digitalsignale der beiden Übertragungseinrichtungen werden
jeweils im Zeitmultiplex in Zeitgetrenntlegeverfahren übertragen;
die Breitbandsignale werden auf analogmodulierten Trägern übertragen.
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Der
Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein für eine größere Menge von Informationen
geeignetes optisches Nachrichtenübertragungssystem
der eingangs genannten Art anzugeben.
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Die
Aufgabe wird durch die Lehre des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen
sind den Unteransprüchen
zu entnehmen.
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Drei
Ausführungsbeispiele
der Erfindung sind im folgenden anhand der 1 bis 3 beschrieben.
Es zeigen:
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1 ein
erstes Ausführungsbeispiel
mit einem Sternkoppler im Teilnehmeranschlußbereich,
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2 ein
zweites Ausführungsbeispiel
mit teilnehmerindividuellen Leitungen, und
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3 ein
drittes Ausführungsbeispiel
mit einem stern-stern-förmigen Lichtwellenleiternetz.
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Das
erste Ausführungsbeispiel
eines optischen, breitbandigen Nachrichtenübertragungssystems 1 wird
anhand der 1 beschrieben. 1 zeigt
in der linken Seite des Bildes eine Zentrale 2, im mittleren
Teil ein Lichtwellenleiternetz 3 und im rechten Teil einen
Teilnehmeranschlußbereich 4 mit
einer Vielzahl von Teilnehmern Tln 1 bis Tln n. In der
Zentrale 2 befindet sich ein Multiplexer 6, in
dem zu verteilende digitale Nachrichtensignale und auch teilnehmerindividuelle
Nachrichtensignale zu einem gemeinsamen Übertragungssignal, das über das
Lichtwellenleiternetz 3 übertragen wird, verschachtelt werden.
Das Übertragungssignal
wird vom Multiplexer 6 auf einen Elektrisch-Optisch-Wandler 7 und über einen
optischen Verstärker 8 auf
das Lichtwellenleiternetz 3 geführt. Im Lichtwellenleiternetz 3 befindet
sich ein in einer Vorfeldeinrichtung angeordneter Sternkoppler 9 zur
Verteilung des Nachrichtensignales auf die einzelnen Teilnehmer
Tln 1 bis Tln n. Beispielhaft für einen Teilnehmer wird der
Teilnehmer Tln n unter dem Bezugszeichen 10 beschrieben.
Der Teilnehmer 10 weist einen Optisch-Elektrisch-Wandler 11 zum
Empfang des Übertragungssignales
und zur Umwandlung dieses Signales in ein elektrisches Signal auf.
Dieses elektrische Signal enthält
nun mehrere, schon oben genannte, zu verteilende digitale und teilnehmerindividuelle
Nachrichtensignale. Die zu verteilenden digitalen Nachrichtensignale
werden z.B. auf ein HDTV-empfangsfähiges Fernsehgerät 12 geführt, sofern
HDTV-Signale, d.h. Fernsehsignale mit einer besonders hohen Auflösung, im Übertragungssignal
enthalten sind. Konventionelle Fernsehsignale, z.B. PAL TV-Signale,
werden auf ein konventionelles Fernsehgerät 13 geführt. Andere
teilnehmerindividuelle Nachrichtensignale werden auf ein in mehreren
Funktionsweisen betreibbares Multimediagerät 14 geführt, das
in der Lage ist, sowohl Breit- als auch Schmalbandsignale zu empfangen. Dieses
Multimediagerät 14 steht
stellvertretend für unterschiedliche
bekannte Geräte,
wie z.B. ein Telefaxgerät,
ein Telefon, ein Bildfernsprechgerät, ein Personal Computer und
andere bekannte Kommunikationsgeräte. Das Multimediagerät 14 ist
ein bidirektional betreibbares Kommunikationsgerät, d.h. es ist auch in der
Lage, vom Teilnehmer 10 ausgehend Nachrichtensignale an
die Zentrale zu senden. Hierzu ist dem Multimediagerät 14 ein
Elektrisch-Optisch-Wandler 15 in einer Teilnehmerabschlußschaltung
nachgeschaltet, deren optisches Ausgangssignal über einen Koppler 16 dem
Lichtwellenleiternetz 3 zugeführt wird.
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Die
Teilnehmerabschlußschaltung
(nicht abgebildet) weist eine dem Fachmann als solche bekannte Struktur
auf, in der neben dem genannten Optisch-Elektrisch-Wandler 11 ein
diesem nachgeschalteter Vorverstärker,
eine Regeneratorschaltung und ein Kanalselektor (Demultiplexer)
zum Auflösen
von Zeitmultiplexsignalen im Empfangsteil und im Sendeteil die komplementären Schaltungseinheiten
enthalten sind.
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Das
vom Teilnehmer 10 ausgehende Nachrichtensignal wird anschließend in
einem Koppler 17 in der Zentrale 2 einem teilnehmerindividuellen
Eingang einer Vermittlungsstelle 5 zugeführt. Im
Ausführungsbeispiel
liegt eine elektrische Vermittlungsstelle vor, so daß die von
einem Teilnehmer Tln 1, ..., Tln n stammenden Übertragungssignale
in einem Optisch-Elektrisch-Wandler E1, ..., En umgewandelt werden.
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Die
Vermittlungsstelle 5 wiederum ist mit weiteren, nicht gezeigten
Vermittlungsstellen als auch Kanaleingängen des Multiplexers 6 verbunden.
Die Vermittlungsstelle 5, der Multiplexer 6 und
die Optisch-Elektrisch-Wandler E1 bis En sind über einen gemeinsamen Taktgenerator 19,
der über
die Vermittlungsstelle synchronisiert ist, verbunden, so daß die Nachrichtensignale
nach dem Asynchron-Transfer-Modus (ATM) vermittelt und nach der
synchronen digitalen Hierarchie (SDH) übertragen werden können. Zwischen
dem optischen Koppler 17 und den Optisch-Elektrisch-Wandlern
E1 bis En ist vorteilhafterweise ein optischer Verstärker 18 angeordnet.
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Als
faseroptischer Verstärker
werden vorteilhafterweise Er3+-dotierte Faserverstärker verwendet. Bei
einer Verstärkung
im Wellenlängenbereich
um λ = 1300
nm oder darunter kann sogenannten Halbleiterverstärkern der
Vorzug gegeben werden.
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Das
optische, breitbandige Nachrichtenübertragungssystem des ersten
Ausführungsbeispieles wird
in einer ersten Übertragungsrichtung
von der Zentrale zu den individuellen Teilnehmern Tln
1 bis Tln
n hin mit einer einzigen Trägerwellenlänge λ
n+i = 1550
nm für
zu verteilende und teilnehmerindividuelle Nachrichtensignale 'im Zeitmultiplexverfahren (TDM)
betrieben. Für
die Übertragungsrichtung
von den einzelnen Teilnehmern Tln
1 bis Tln n einer zweiten Übertragungsrichtung
wird bei Bedarf jedem Teilnehmer eine teilnehmerindividuelle Trägerwellenlänge λ
1 bis λ
n zugewiesen.
Die Zuweisung erfolgt in einer dem Fachmann, z.B. aus
DE 41 16 660 A1 in äquivalenter
Form bekannten Art und Weise. Ein Teilnehmer sendet, wenn er die
Zuweisung einer teilnehmerindividuellen Trägerwellenlänge wünscht, ein Rufsignal mit einer
hierfür
vorgesehenen Trägerwellenlänge λ
0 aus
und erhält
eine noch freie Trägerwellenlänge λ
n zur
Nachrichtenübertragung
zugewiesen. λ
1 bis λ
n befinden sich ebenfalls im Wellenlängenbereich
um 1550 nm und unterscheiden sich voneinander jeweils um wenige
nm.
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Zur
Selektion der teilnehmerindividuellen Nachrichtensignale befindet
sich, wie oben zur Teilnehmerabschlußschaltung beschrieben, eine
Vorrichtung zum Demultiplexen der im Zeitmultiplexverfahren TDM übertragenen
Nachrichtensignale. Mit den teilnehmerindividuellen Nachrichtensignalen können auch
vermittelbare Fernsehkanäle
(Pay-TV) übertragen
werden.
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Zur
Selektion der von den einzelnen Teilnehmern ausgehenden teilnehmerindividuellen
Nachrichtensignale sind in der Zentrale 2 den teilnehmerindividuellen
Optisch-Elektrisch-Wandlern E1 bis En optische Bandpaßfilter
vorgeschaltet, oder die Optisch-Elektrisch-Wandler
E1 bis En sind derart wellenlängenempfindlich
ausgebildet, daß sie
jeweils nur die vorgegebene Wellenlänge λ1 bis λn optisch-elektrisch
wandeln.
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Das
im Multiplexer 6 erzeugte Zeitmultiplexübertragungssignal wird mit
einer Bitfolgefrequenz von 10 Gbit/s übertragen. Diese Bitfolgefrequenz wird
nun etwa gleichermaßen
auf die Kanäle
für die zu
verteilenden Nachrichtensignale und die Kanäle für die teilnehmerindividuellen
Nachrichtensignale aufgeteilt. Zur Übertragung der zu verteilenden Nachrichtensignale
sind jeweils 32 Kanäle
für die Übertragung
von HDTV-Signalen, 32 Kanäle
für die Übertragung
von konventionellen Fernsehsignalen und ebenfalls 32 Kanäle zur Übertragung
der teilnehmerindividuellen Nachrichtensignale vorgesehen. Die Übertragung
der HDTV-Signale und die der teilnehmerindividuellen Nachrichtensignale
erfolgen jeweils mit einer Bitfolgefrequenz von 140 Mbit/s. Die Übertragung
der konventionellen Fernsehsignale erfolgt mit einer Bitfolgefrequenz
von 30 Mbit/s. Ein besonderer Vorteil des erfindungsgemäßen Übertragungssystems
ist die variable Aufteilung der Kanäle und die variable Wahl der
verwendeten Bitfolgefrequenz. Die genannten Zahlenbeispiele stellen
daher nur eine vorteilhafte Auswahl dar. Die 32 Kanäle mit den
teilnehmerindividuellen Nachrichtensignalen werden dem Multiplexer 6 von
der Vermittlungsstelle 5, die als Breitbandvermittlungsstelle
ausgebildet ist, zugeführt.
Die 64 Kanäle
mit den zu verteilenden Nachrichtenübertragungssignalen werden
dem Multiplexer 6 von z.B. einzelnen Rundfunkstationen
zur Verfügung
gestellt.
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Dem
Fachmann ist nun bekannt, daß zur Übertragung
von HDTV-Signalen
bei einer Komponentencodierung RGB ca. 1,2 Gbit/s bei unkomprimierter Übertragung
benötigt
werden. Es hat sich aber gezeigt, daß aufgrund der hohen Redundanz, die
in einem HDTV-Signal
enthalten ist, die Bildqualität
für das
menschliche Auge subjektiv nicht schlechter wird, wenn ein HDTV-Signal
in komprimierter Weise über
einen 140 Mbit/s-Kanal übertragen
wird. Die Redundanz ergibt sich aus der Art der übertragenen Information. So
verändern
sich z.B. zwischen zwei aufeinanderfolgenden Bildern in der Regel
nur sehr wenige Bildpunkte. Der größte Teil zweier aufeinanderfolgender
Bilder, z.B. der Hintergrund, bleibt dagegen unverändert. Andererseits
können
benachbarte Bildpunkte die gleiche Information erhalten, so daß die Übertragung
solcher gleichen Bildpunkte als Gruppe in komprimierter Form durchführbar ist,
ohne daß das
Bild einen Qualitätsverlust
erleidet.
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Die
Kompression findet in einer dem Fachmann bekannten Art und Weise
in der oben beschriebenen Zentrale 2 oder einer anderen
Zentrale statt. Im vorliegenden Fall wurde die Pulscodemodulation PCM
gewählt,
um den Aufwand für
Coder und Decoder minimal zu halten. Es können auch andere Arten von
Codern und Decodern verwendet werden. Ein derart übertragnes
HDTV-Signal weist gegenüber
einem mit der gleichen Bitfolgefrequenz übertragenen konventionellen
digitalen Fernsehsignal eine deutlich bessere Bildqualität auf.
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Um
die Anzahl der zur Verfügung
stehenden Kanäle
zu erhöhen,
kann anstelle der digital übertragenen
konventionellen Fernsehsignale oder in Ergänzung dazu in der Zentrale 2 ein
optischer analoger Breitbandsender zum Übertragen von analogen konventionellen
Fernsehsignalen an das Lichtwellenleiternetz 3 angekoppelt
werden (nicht abgebildet). Diese analogen Breitbandsignale werden
mit einer Trägerwellenlänge λm =
1310 nm übertragen.
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Für den Empfang
dieser Signale ist es erforderlich, bei den Teilnehmern Tln 1 bis
Tln n einen Wellenlängendemultiplexer
(nicht abgebildet) anzuordnen, um die digitalen mit einer Trägerwellenlänger im
Bereich λ =
1550 nm und der analogen im Bereich λ = 1310 nm übertragenen Nachrichtensignale
zu trennen. Eine noch höhere
parallele Übertragung
von HDTV-Signalen kann erreicht werden, wenn die Kompression der
einzelnen Signale noch weiter auf eine Bitfolgefrequenz von 30 Mbit/s
reduziert wird. Bei einer derartigen Kompression ist auch bei der Verwendung
geeigneter Codes mit einem geringfügigen Qualitätsverlust
der übertragenen
Information zu rechnen. Das Übertragungssystem
als solches bleibt aber von einer solchen Veränderung unberührt. Die Gesamtkanalzahl
kann natürlich
auch durch eine Erhöhung
der Bitfolgefrequenz des Übertragungssignales
erreicht werden. Bei der vorgegebenen Kanalzuteilung, 32 Kanäle zur teilnehmerindividuellen
Nachrichtenübertragung,
mit einer Bitfolgefrequenz von je 140 MBit/s können bei einem Verkehrsaufkommen von
0,1 Erlang über
das Lichtwellenleiternetz 3 bis zu 300 Teilnehmer versorgt
werden. Hierfür
werden etwa 30 zuteilbare Trägerwellenlängen λ1 bis λn benötigt, was
durch den Einsatz von durchstimmbaren oder durchschaltbaren Halbleiterlasern
erreichbar ist.
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Ein
zweites Ausführungsbeispiel
wird anhand der 2 beschrieben. Gleiche oder
gleich wirkende, aus dem ersten Ausführungsbeispiel bekannte Funktionseinheiten
erhalten dabei auch die gleichen Bezugszeichen. Das optische, breitbandige Nachrichtenübertragungssystem 1 des
zweiten Ausführungsbeispieles
unterscheidet sich von dem des ersten Ausführungsbeispieles im wesentlichen
dadurch, daß sich
der zur Verteilung an die einzelnen Teilnehmer Tln n vorgesehene
Sternkoppler 9 nicht im Bereich des Lichtwellenleiternetzes 3,
sondern in der Zentrale 2 befindet und jeder Teilnehmer
mit einem teilnehmerindividuellen Lichtwellenleiter L1 bis Ln mit der Zentrale 2 verbunden ist.
Die von der Zentrale ausgesendeten Nachrichtensignale sind ebenfalls,
wie im ersten Ausführungsbeispiel,
Zeitmultiplexsignale, so daß in
der Teilnehmerabschlußschaltung
der Teilnehmer Tln 1 bis Tln n, wie im ersten Ausführungsbeispiel
eine Vorrichtung zum Demultiplexen des Zeitmultiplexsignales notwendig
ist.
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Die Übertragung
der teilnehmerindividuellen Signale von den einzelnen Teilnehmern
Tln 1 bis Tln n hin zur Zentrale 2 erfolgt jeweils
in demselben Lichtwellenleiter L1 bis Ln, in dem auch die Übertragung in umgekehrter Richtung
stattfindet. In der Zentrale 2 werden die teilnehmerindividuellen
Signale über
einen teilnehmerindividuellen Koppler K1,
...., Kn und einen teilnehmerindividuellen
Optisch-Elektrisch-Wandler E1, ... En einem teilnehmerindividuellen Anschluß der Vermittlungsstelle 5 zugeführt. Ein Übersprechen
der von den einzelnen Teilnehmern ausgehenden teilnehmerindividuellen
Signale über den
Sternkoppler 9 zu den anderen Teilnehmern ist wegen der
hohen Dämpfung
im Lichtwellenleiternetz 2 nicht zu erwarten. Es sind hierfür somit
auch keine Kompensationsmaßnahmen
vorgesehen. Der im ersten Ausführungsbeispiel
genannte, aber in 1 nicht dargestellte optische
Sender 20 zum Übertragen
optischer, analoger Breitbandsignale ist im zweiten Ausführungsbeispiel
zwischen dem optischen Verstärker 8 und
dem Sternkoppler 9 mit dem Lichtwellenleiternetz 3 über einen
Koppler 21 verbunden. Die digitale Nachrichtenübertragung
von der Zentrale zu den Teilnehmern hin erfolgt mit einer Trägerwellenlänge λ1 =
1536 nm. Die vorgesehene Übertragung
analoger Breitbandsignale erfolgt mit einer Trägerwellenlänge λ2 =
1550 nm und die Übertragung von
den Teilnehmern hin zur Zentrale erfolgt mit einer Trägerwellenlänge λ3 =
1310 nm. In der Teilnehmerabschlußschaltung ist, wie in der 2 angedeutet, für jeden
Teilnehmer ein Wellenlängendemultiplexer WDM
zum Trennen der beiden Wellenlängen λ1 und λ2 vorgesehen.
Die Nachrichtensignale mit der Trägerwellenlänge λ1 werden,
wie beim ersten Ausführungsbeispiel, über den
Optisch-Elektrisch-Wandler 11 den
Geräten 12 bis 14 zugeführt. Die
analogen Nachrichtensignale mit der Trägerwellenlänge λ2 werden über einen
eigenen Optisch-Elektrisch-Wandler 25 einem Fernsehgerät zugeführt, das
auch analoge Übertragungssignale
empfangen kann.
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Die
Art der Kanalbelegung kann auf die gleiche Weise, wie schon beim
ersten Ausführungsbeispiel,
erfolgen.
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Ein
drittes Ausführungsbeispiel
eines optischen, breitbandigen Nachrichtenübertragungssystems wird anhand
der 3 im folgenden beschrieben. Gleiche oder gleichartige,
in den beiden ersten Ausführungsbeispielen
schon beschriebene Funktionseinheiten werden wieder mit gleichen
Bezugszeichen versehen. Das Nachrichtenübertragungssystem 1 besteht,
wie auch bei den vorhergehenden Ausführungsbeispielen, aus grundsätzlich drei
Bereichen, einer Zentrale 2, einem Lichtwellenleiternetz 3 und
einem Teilnehmeranschlußbereich 4.
Die Zentrale 2 enthält
eine Vermittlungsstelle 5, der die zu verteilenden Nachrichtensignale
und auch auszusendende teilnehmerindividuelle Nachrichtensignale
zugeführt
werden und die diese Signale über
das Lichtwellenleiternetz 3 den einzelnen Teilnehmern Tln 1 bis
Tln n zuführt.
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Die
Teilnehmer Tln
1 bis Tln n wiederum senden teilnehmerindividuelle
Nachrichtensignale auf demselben Wege in umgekehrter Richtung hin
zur Zentrale
2. Die Nachrichtenübertragung erfolgt dabei in
beide Richtungen mit teilnehmerindividuellen Trägerwellenlängen, wobei die einzelnen Kanäle teilnehmerindividuell
je Trägerwellenlänge im Zeitmultiplexverfahren übertragen
werden. Hierzu werden die Ausgänge
der Vermittlungsstelle
5 zur Nachrichtenübertragung
von der Zentrale
2 zu den Teilnehmern Tln
1 bis
Tln n jeweils auf einen Elektrisch-Optisch-Wandler EZ
1 bis
EZ
n geführt
und von dort über teilnehmerindividuelle
Trägerwellenlängen λ
1 bis λ
n zu
den Teilnehmern Tln
1 bis Tln n geleitet. Zur Übertragung
in umgekehrter Richtung werden die Signale in der Teilnehmerabschlußschaltung
jeweils einem Elektrisch-Optisch-Wandler ET
n+1
bis ET
2n zugeführt und über diesen mit einer teilnehmerindividuellen Trägerwellenlänge λ
n+1 bis λ
2n zur
Zentrale
2 hin übertragen.
In der Zentrale wiederum sind teilnehmerindividuelle Optisch-Elektrisch-Wandler
EZ
n+1 bis EZ
2n angeordnet,
die diese teilnehmerindividuellen Träger λ
n+1 bis λ
2n in
elektrische Signale umwandeln und den entsprechenden Eingängen der
Vermittlungsstelle
5 zuführen. Die Übertragung von der Zentrale
2 hin
zu den Teilnehmern Tln
1 bis Tln n erfolgt in einem Wellenlängenbereich
um λ
1 = 1310 nm, die Übertragung in umgekehrter Richtung
erfolgt in einem Wellenlängenbereich λ
n+1 =
1550 nm. Das Lichtwellenleiternetz
3 reicht im vorliegenden
Fall bis in die Zentrale
2 hinein und enthält zwei
Sternkoppler, einen ersten Sternkoppler
30, in dem die
einzelnen Ausgänge
der Vermittlungsstelle
5 auf einen einzigen gemeinsamen
Lichtwellenleiter
50 zusammengeführt werden, und einen zweiten
Sternkoppler
9, in dem der gemeinsame Lichtwellenleiter
50 mit
den einzelnen Teilnehmern Tln
1 bis Tln n verbunden ist.
Eine solche Anordnung wird auch als ein stern-stern-förmiges Lichtwellenleiternetz
bezeichnet. Zur Verstärkung
der optischen Signale befindet sich in der Zentrale
2 eine an
und für
sich bekannte optische Verstärkeranordnung
31 für die Signalverstärkung in
beide Richtungen. Hierzu ist der Lichtweg in zwei Zweige aufgeteilt, in
denen jeweils das Licht für
die vorgegebene Ausbreitungsrichtung verstärkt, wird. Eine solche Anordnung
ist z.B. aus der
DE
41 16 660 A1 bekannt.
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Unter
Teilnehmer im Sinne der Erfindung ist ein einzelner Teilnehmer oder
eine Gruppe von Teilnehmern zu verstehen, die durch eine Teilnehmerabschlußschaltung
mit dem Lichtwellenleiternetz verbunden sind.
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Anstelle
der Werte für
die angegebenen Trägerwellenlängen können auch
andere aufeinander abgestimmte Trägerwellenlängen verwendet werden.