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Die
vorliegende Erfindung betrifft im Allgemeinen ein passives optisches
Netzwerk, und im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung einen
Gigabit-Ethernet-Controller zum Einsatz in einer optischen Netzwerkeinheit
eines passiven optischen Gigabit-Ethernet-Netzwerkes.
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Ein
passives optisches Netzwerk-System, welches ein optisches Teilnehmernetzwerk
ist, das auf passiven Einrichtungen basiert, weist eine Architektur
auf, die aus passiven Verteilungseinrichtungen oder Wellenlängenmultiplex
(WDM – Wavelength
Division Multiplexing)-Einrichtungen zwischen einem Teilnehmerzugangsknoten
FTTH (Fibre-to-the-home) oder
FTTC (Fibre-to-the-cub) und einem Netzabschluss (NT), in dem sämtliche
der Knoten in Form eines Busses oder einer Baumstruktur verteilt
sind, besteht.
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Ein
passives optisches ATM (Asynchronous Transfer Mode)-Netzwerk ist
ein exemplarisches passives optisches Netzwerksystem und ist ausführlich in
dem Standard G.983.1 der ITU-T (International Telecommunication
Union-T) erläutert.
Die Standardisierung bezüglich
der Medienzugriffs-Steuertechnologie des passiven optischen ATM-Netzwerkes wurde
abgeschlossen und ist jetzt verfügbar.
Dieser Technologietyp wird ebenfalls gut in anderen Veröffentlichungen,
wie beispielsweise in dem
US-Patent Nr.
5.978.374 , erteilt am 2. November 1999, mit dem Titel „Protocol
for Data Communication over a Point-to-Multipoint Passive Optical
Network", sowie in
der
koreanischen Patentanmeldung
Nr. 1999-70901 , veröffentlicht
am 15. September 1999, mit dem Titel „Protocol for an Asynchronous
Transfer Mode Passive Optical Network Media Access Control" offenbart.
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Inzwischen
haben viele Teilnehmer einhergehend mit der Entwicklung der Internet-Technologie mehr
Bandbreite für
ihre Anwendungen gefordert. Zu diesem Zweck wurde das passive optische
Gigabit-Ethernet-Netzwerksystem, welches mit relativ geringen Kosten
verbunden ist, entwickelt, um mehr Bandbreite während der End-to-End-Übertragung unter Verwendung
des Gigabit-Ethernets bereitzustellen. Daher ist die Nachfrage nach
dem passiven optischen Gigabit-Ethernet-Netzwerksystem höher als nach
einem ATM-System, welches relativ hohe Kosten, eine begrenzte Bandbreite
sowie eine nicht erwünschte
Segmentierung eines Internetprotokollpaketes aufweist.
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1 ist
ein allgemeines schematisches Blockdiagramm eines passiven optischen
Gigabit-Ethernet-Netzwerkes. Ein optischer Leitungsabschluss 100 ist über ein
optisches Verteilungsnetzwerk 102 unter Verwendung eines
optischen Splitters mit einer Vielzahl von optischen Netzwerkeinheiten 104 verbunden.
Der optische Leitungsabschluss 100 sowie die optischen
Netzwerkeinheiten 104 bilden das Gigabit-Ethernet. Die
optische Netzwerkeinheit 104 ist typischerweise in den
Verteilerkästen
innerhalb von Gebäuden
beziehungsweise Wohnblöcken oder
an den Eingängen
von Häusern
installiert und mit einem Netzwerk von Anschlüssen (nicht dargestellt) verbunden.
Der optische Leitungsabschluss 100 empfängt Daten von einer Hauptleitung
und sendet die Daten über
das optische Verteilungsnetzwerk 102 zu den optischen Netzwerkeinheiten 104 oder empfängt Daten
von der optischen Netzwerkeinheit 104 unter Verwendung
des TDM (Time Division Multiplexing)-Protokolls.
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Ein
Gigabit-Ethernet-Controller muss in der optischen Netzwerkeinheit 104 für eine Point-to-Point-Kommunikation
verwendet werden. Im Handel erhältliche
Gigabit-Ethernet-Controller
werden beispielsweise in den 2 und 3 dargestellt.
Wie dies in 2 dargestellt ist, enthält ein Gigabit-Ethernet-Controller 200 eine
Medienzugriffs-Steuereinheit 202 sowie
eine Physical Coding Sublayer 204. Gleichermaßen enthält ein Gigabit-Ethernet-Controller 300,
wie dies in 3 dargestellt ist, eine Medienzugriffs-Steuereinheit 302,
eine Physical Coding Sublayer 304 sowie einen Serializer/Deserializer 306.
Im Gegensatz zu dem in 3 dargestellten Gigabit-Ethernet-Controller muss, wenn
der Gigabit-Ethernet-Controller lediglich die Medienzugriffs-Steuereinheit 202 und
die Physical Coding Sublayer 204, wie dies in 2 dargestellt ist,
enthält,
ein Serializer/Deserializer 206 mit der Physical Coding
Sublayer 204 verbunden werden. Ein optischer Transceiver
(nicht dargestellt) ist mit dem Serializer/Deserializer 206 und
dem Serializer/Deserializer 306 verbunden und sendet ein
optisches Signal zu dem optischen Leitungsabschluss 100 in
Reaktion auf Daten, die von dem Serializer/Deserializer 206 und
dem Serializer/Deserializer 306 erzeugt werden, während er
ein optisches Signal, das von dem optischen Leitungsabschluss 100 erzeugt
wird, in elektrische Signaldaten umwandelt.
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Während des
Betriebs erzeugen die Gigabit-Ethernet-Controller 200 und 300,
wenn keine Daten zu senden sind, automatisch Leerlaufmuster-Daten
anstatt von Sendedaten in den Physical Coding Sublayern 204 und 205.
Die Leerlaufmuster-Daten wechseln zwischen dem logischen Wert „0" und „1", das heißt, „101010...". Folglich kann es,
wenn die Gigabit-Ethernet-Controller 200 und 300 in
dem passiven optischen Gigabit-Ethernet-Netzwerk
implementiert sind, zu einer Datenkollision kommen, da einige optische
Netzwerkeinheiten die Leerlaufmuster-Daten senden können, während andere
optische Netzwerkeinheiten Daten mit dem optischen Leitungsabschluss 100 austauschen.
Die Datenkollision führt
zu einem Verlust von Daten, die in der Aufwärtsrichtung zu dem optischen
Leitungsabschluss 100 gesendet werden.
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Demzufolge
kann der herkömmliche
Gigabit-Ethernet-Controller nicht in der passiven optischen Gigabit-Ethernet-Netzwerkstruktur
verwendet werden, die auf der Point-to-Multipoint-Kommunikation basiert. Somit
besteht die Notwendigkeit für
einen neuen Gigabit-Ethernet-Controller, der die vorangehend erläuterten
Probleme überwindet.
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EP 0 765 045 A1 betrifft
eine Anordnung zum Verstärken
und Kombinieren optischer Signale sowie ein Verfahren zum Senden
in der Aufwärtsrichtung, welches
damit umgesetzt wird. Dieses Dokument beschreibt ausführlich eine
optische Verstärker-Splitter-Anordnung, welche
in einem baumartigen optischen Netzwerk verwendet wird, das aus
einer Kaskadenverbindung von dedizierten Verzweigungen, der Anordnung
und einer gemeinsamen Verzweigung besteht. Die Anordnung ist jeweils über dedizierte
Verzweigungen sowie die gemeinsame Verzweigung zwischen eine Vielzahl
von Benutzern des optischen Netzwerks und einen optischen Leitungsabschluss
gekoppelt. Das Netzwerk ermöglicht
das Senden von Informationssignalen in der Aufwärtsrichtung von den Benutzern
des optischen Netzwerkes zu dem optischen Leitungsabschluss. Die
optische Verstärker-Splitter-Anordnung
enthält
für jede Verzweigung
der dedizierten Verzweigungen einen optischen Verstärker, um
ein Informationssignal mit einem Verstärkungswert zu verstärken und
um dadurch ein verstärktes
Informationssignal mit einem vorgegebenen Leistungspegel zu erzeugen.
Darüber hinaus
umfasst die optische Verstärker-Splitter-Anordnung
für jede
Verzweigung der dedizierten Verzweigungen einen optischen Schalter
ein/aus, der zwischen den optischen Verstärker und einen optischen Splitter
geschaltet ist, um das verstärkte
Informationssignal passieren zu lassen, wenn das Informationssignal
vorhanden ist, und um die Verzweigung zu unter brechen, wenn das
Informationssignal nicht vorhanden ist. Der optische Splitter ist
in der Anordnung enthalten, um sämtliche
verstärkten
Informationssignale in Übereinstimmung
mit einer Mehrfachzugriffstechnik zu kombinieren und um dadurch ein
abgehendes optisches Signal zum Anlegen an den optischen Leitungsabschluss
zu erzeugen.
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Es
ist die Aufgabe der Erfindung, eine Leerlaufmuster(idle pattern)-Ausgangssteuerschaltung sowie
ein entsprechendes Verfahren bereitzustellen, die in der Lage sind,
Datenverlust zu verhindern, der durch ein Leerlaufmuster in einem
Gigabit-Ethernet-Controller hervorgerufen wird, welcher in einer Point-to-Multipoint-Kommunikation verwendet
wird.
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Diese
Aufgabe wird durch die in den unabhängigen Patentansprüchen beanspruchte
Erfindung gelöst.
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Bevorzugte
Ausführungsformen
der Erfindung sind in den abhängigen
Patentansprüchen
definiert.
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In Übereinstimmung
mit einem Aspekt der Erfindung umfasst eine Leerlaufmuster-Ausgangssteuerschaltung
eine Datenumwandlungseinrichtung zum Umwandeln von durch eine Physical
Coding Sublayer erzeugten Leerlaufmuster-Daten in ein optisches
Niedrigpegelsignal, um das umgewandelte Signal zu einem optischen
Leitungsabschluss zu senden, sowie einen Schaltkreis, der von der
Physical Coding Sublayer erzeugte Daten zum Senden zu dem Serializer/Deserializer
auswählt,
wenn Daten zu senden sind, und durch die Datenumwandlungseinrichtung
umgewandelte Daten zum Senden zu dem Serializer/Deserializer auswählt, wenn
keine Daten zu senden sind.
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Die
vorstehenden und weitere Leistungsmerkmale und Vorteile der vorliegenden
Erfindung werden anhand der folgenden ausführlichen Beschreibung ersichtlicher,
wenn diese im Zusammenhang mit den angehängten Zeichnungen genommen wird,
wobei:
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1 ein
allgemeines schematisches Blockdiagramm eines passiven optischen
Gigabit-Ethernet-Netzwerkes ist.
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2 und 3 sind
Blockdiagramme von herkömmlichen
Gigabit-Ethernet-Controllern;
und
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4 ist
ein Blockdiagramm, welches eine Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung
in Übereinstimmung
mit einer Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung illustriert.
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Im
Folgenden wird eine bevorzugte Ausführungsform der vorliegenden
Erfindung in Bezug auf die angehängten
Zeichnungen beschrieben. Zum Zwecke der Übersichtlichkeit sowie der
Einfachheit halber werden gut bekannte Funktionen oder Konstruktionen
nicht ausführlich
beschrieben, da diese die Erfindung durch unnötige Einzelheiten unverständlich machen
würden.
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1 zeigt
ein vereinfachtes passives optisches Gigabit-Ethernet-Netzwerk,
worauf die Ausführungsform
der vorliegenden Erfindung angewendet werden kann.
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Um
das Verständnis
dieser Erfindung zu erleichtern, wird ein herkömmliches Verfahren der Signalverarbeitung
in Verbindung mit 1 beschrieben.
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In
Betrieb fordern die optischen Netzwerkeinheiten 104 die
erforderliche Bandbreite zum Senden von Daten zu dem optischen Leitungsabschluss 100 an,
wenn Daten zu dem optischen Leitungsabschluss 100 zu senden
sind. Anschließend
führt der optische
Leitungsabschluss 100 eine „Koordinier"-Operation durch,
um die erforderliche Bandbreite, welche die optischen Netzwerkeinheiten 104 angefordert
haben, zu teilen und zuzuweisen. Die optischen Netzwerkeinheiten 104 senden
Daten innerhalb der ihnen zugewiesenen Bandbreite zu dem optischen
Leitungsabschluss 100. In diesem Fall stellt der Begriff „Bandbreite" im Zusammenhang
mit dem passiven optischen Gigabit-Ethernet-Netzwerk den Zeitschlitz dar,
der zugewiesen wird, um Daten zu dem optischen Leitungsabschluss 100 durch
jede optische Netzwerkeinheit zu senden. Daher wird die Bandbreite
nicht zu der optischen Netzwerkeinheit zugewiesen, die kein Datensenden
zu dem optischen Leitungsabschluss 100 erfordert. Wenn
beispielsweise drei optische Netzwerkeinheiten mit dem optischen
Leitungsabschluss 100 verbunden sind und die Bandbreitenzuweisung
zu sämtlichen
der optischen Netzwerkeinheiten durchgeführt wird, wird eine Dauer von
t0 bis t1 der ersten optischen Netzwerkeinheit zugewiesen, eine
Dauer von t1 bis t2 wird der zweiten optischen Netzwerkeinheit zu gewiesen
und eine Dauer von t2 bis t3 wird der dritten optischen Netzwerkeinheit
zugewiesen. Diese drei Zeitschlitze können festgelegt sein oder dynamisch
zu den optischen Netzwerkeinheiten zugewiesen werden.
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Im
Folgenden wird eine ausführliche
Beschreibung dieser Erfindung in Bezug auf 4 gegeben.
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In
Bezug auf 4 umfasst eine Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 in Übereinstimmung
mit der vorliegenden Erfindung einen Schaltkreis 410 sowie
eine Datenumwandlungseinrichtung 412 und ist zwischen die
Physical Coding Sublayer 404 eines herkömmlichen Gigabit-Ethernet-Controllers
und einen Serializer/Deserializer 408 gekoppelt. Der Gigabit-Ethernet-Controller 400 enthält eine
Physical Coding Sublayer 404 sowie eine Medienzugriffs-Steuereinheit 402.
Von dem Gigabit-Ethernet-Controller 400 erzeugte Daten
werden über
die Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 und den Serializer/Deserializer 408 an
einen optischen Transceiver (nicht dargestellt) angelegt, anschließend oszilliert
der optische Transceiver das empfangene optische Signal und sendet
es zu dem optischen Leitungsabschluss 100, wie in 1 dargestellt.
Es sollte beachtet werden, dass der Gigabit-Ethernet-Controller 400 dem
in 2 oder in 3 dargestellten
Gigabit-Ethernet-Controller 200 oder 300 entsprechen
kann. Wenn der in 2 dargestellte Gigabit-Ethernet-Controller 200 verwendet wird,
ist ein Ausgangsanschluss der Physical Coding Sublayer 204 mit
einem Eingangsanschluss der Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 verbunden
und ein Ausgangsanschluss der Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 ist
mit dem Serializer/Deserializer 400 verbunden. Wenn jedoch
der Gigabit-Ethernet-Controller 300 aus 3 verwendet
wird, ist ein Knoten zwischen der Physical Coding Sublayer 304 und
dem Serializer/Deserializer 306 mit einem Eingangsanschluss
der Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 verbunden
und ein Ausgangsanschluss der Leerlaufmuster-Ausgabesteuerschaltung 406 ist
mit dem Serializer/Deserializer 408 anstatt mit dem Serializer/Deserializer 306 verbunden.
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Es
sollte beachtet werden, dass die vorliegende Erfindung nicht die
Szenarien, wobei ein optisches Signal von dem optischen Leitungsabschluss 100 empfangen
wird oder jegliche Daten in Reaktion auf das optische Signal, das über den
Serializer/Deserializer 408 an den Gigabit-Ethernet-Controller 400 angelegt
wird, einschließt.
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Unter
weiterer Bezugnahme auf 4 enthält die Datenumwandlungseinrichtung 412 einen Puffer 418,
einen Inverter 420 sowie ein UND-Gatter 422 und
dient dazu, die von der Physical Coding Sublayer 404 erzeugten
Leerlaufmuster-Daten in ein optisches Niedrigpegelsignal umzuwandeln
und das umgewandelte optische Niedrigpegelsignal zu dem optischen
Leitungsabschluss 100 (siehe 1) zu senden.
Der Schaltkreis 410 umfasst einen 1:2-Schalter 414 sowie
einen 2:1-Schalter 416. Der Anschluss D des Schalters 414 ist
mit einem Ausgangsanschluss der Physical Coding Sublayer 404 verbunden.
Die jeweiligen Anschlüsse
S1 der Schalter 414 und 416 sind miteinander verbunden.
Der Anschluss S2 des Schalters 414 ist mit einem Eingangsanschluss
der Datenumwandlungseinrichtung 412 verbunden, und der
Anschluss S2 des Schalters 416 ist mit einem Ausgangsanschluss
der Datenumwandlungseinrichtung 412 verbunden. Des Weiteren
ist der Anschluss D des Schalters 416 mit einem Eingangsanschluss
des Serializers/Deserializers 408 verbunden. Wenn Daten
zu senden sind, wählt
der Schaltkreis 410 die durch die Physical Coding Sublayer 404 erzeugten
Daten aus und stellt diese dem Serializer/Deserializer 408 bereit.
Wenn jedoch keine Daten zu senden sind, wählt der Schaltkreis 410 das durch
die Datenumwandlungseinrichtung 412 umgewandelte optische
Niedrigpegelsignal aus und stellt dieses dem Serializer/Deserializer 408 bereit.
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Der
Betrieb des Schaltkreises 410 wird durch ein Sende-Freigabesignal
TX_EN sowie durch ein Sende-Fehlersignal TX_ER gesteuert, die von
der Medienzugriffs-Steuereinheit 402 des
Gigabit-Ethernet-Controllers 400 erzeugt und zu der Physical
Coding Sublayer 404 gesendet werden. Die Schalter 414 und 416 empfangen
das Sende-Freigabesignal TX_EN über die
Anschlüsse
E1 und das Sende-Fehlersignal TX_ER über die Anschlüsse E2.
Wenn sowohl das Sende-Freigabesignal TX_EN als auch das Sende-Fehlersignal
TX_ER den logischen Wert „0" haben, betreiben
die Schalter 414 und 416 die jeweiligen Anschlüsse D und
S2. Wenn das Sende-Freigabesignal TX_EN des logischen Wertes „1" ist, betreiben die
Schalter 414 und 416 die jeweiligen Anschlüsse D und
S1.
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Wenn
Daten zu senden sind, erzeugt die Medienzugriffs-Steuereinheit 402 des
Gigabit-Ethernet-Controllers 400 das
Sende-Freigabesignal TX_EN des logischen Wertes „1", wenn jedoch keine Daten zu senden
sind, das heißt,
wenn sie sich in einem Zustand, in dem das Senden von Daten beendet ist,
oder in einem Leerlaufzustand befindet, er zeugt sie das Sende-Freigabesignal
TX_EN des logischen Wertes „0". Wenn des Weiteren
kein Fehler während des
Sendens vorliegt, erzeugt die Medienzugriffs-Steuereinheit 402 des
Gigabit-Ethernet-Controllers 400 das Sende-Fehlersignal
TX_ER des logischen Wertes „0", und wenn ein Fehler
vorliegt, erzeugt sie das Sende-Fehlersignal TX_ER des logischen
Wertes „1".
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Wenn
das Sende-Freigabesignal TX_ER vom logischen Wert „0" ist und das Sende-Fehlersignal TX_ER
vom logischen Wert „0" ist, wurden die Daten
gesendet oder es sind keine zu sendenden Daten vorhanden und die
Physical Coding Sublayer 404 erzeugt so die Leerlaufmuster-Daten „10101010...". Die erzeugten Leerlaufmuster-Daten werden
an zwei Pfade angelegt – an
den Inverter 420 und an den Puffer 418, und anschließend durch
das UND-Gatter 422 kombiniert. Aus diesem Grund werden
die Daten „000000..." und nicht das Leerlaufmuster
dem Serializer/Deserializer 408 zugeführt.
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Demzufolge
befinden sich, wenn die erste optische Netzwerkeinheit sendet, die
anderen optischen Netzwerkeinheiten während der ihnen zugewiesenen
Zeitschlitze in dem Leerlaufzustand. In diesem Fall wird, wenn die
zu dem optischen Leitungsabschluss 100 durch die erste
optische Netzwerkeinheit zu sendenden Daten vom logischen Wert „1" sind, ein Glasfaser-Hochpegelsignal
von der ersten optischen Netzwerkeinheit zu dem optischen Leitungsabschluss 100 gesendet.
Zu diesem Zeitpunkt wird, da sich andere optische Netzwerkeinheiten
in dem Leerlaufzustand befinden, ein optisches Niedrigpegelsignal
durch die sich in dem Leerlaufzustand befindlichen optische Netzwerkeinheiten
gesendet. Es sollte beachtet werden, dass die Intensität des optischen
Niedrigpegelsignals geringer als die des Glasfaser-Hochpegelsignals
ist. Da der optische Leitungsabschluss 100 die optischen
Signale empfängt, die
aus dem optischen Hochpegelsignal, das von der ersten optischen
Netzwerkeinheit gesendet wird, und den optischen Niedrigpegelsignalen,
die von den anderen optischen Netzwerkeinheiten gesendet werden,
kombiniert ist, erkennt der optische Leitungsabschluss folglich
das empfangene Signal als ein optisches Hochpegelsignal.
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Wenn
im Gegensatz dazu die Daten, die durch die erste optische Netzwerkeinheit
zu dem optischen Leitungsabschluss 100 zu senden sind,
vom logischen Wert „0" sind, wird ein optisches
Niedrigpegelsignal von der ersten optischen Netzwerkeinheit zu dem
optischen Leitungsabschluss 100 gesendet. Folglich empfängt der
optische Leitungs abschluss 100 optische Signale, die aus
dem optischen Niedrigpegelsignal, das von der ersten optischen Netzwerkeinheit
gesendet wird, und den optischen Niedrigpegelsignalen der anderen
optischen Netzwerkeinheiten kombiniert sind. Da sämtliche
der Niedrigpegelsignale kombiniert werden, wodurch sich optische
Signale mit äußerst niedrigem
Pegel ergeben, erkennt der optische Leitungsabschluss 100 das
empfangene Signal als ein optisches Niedrigpegelsignal.
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Wenn
stattdessen das Sende-Freigabesignal TX_EN vom logischen Wert „1" ist, wodurch ein Datensendezustand
angezeigt wird, werden die von der Physical Coding Sublayer 404 erzeugten
Daten an den Anschluss S1 des Schalters 416 über den
Anschluss S1 des Schalters 414 angelegt und anschließend über den
Anschluss D des Schalters 416 an den Serializer/Deserializer 408 angelegt.
Das heißt, die
von der Physical Coding Sublayer 404 erzeugten Daten werden
direkt an den Serializer/Deserializer 408 angelegt, ohne
die Datenumwandlungseinrichtung 412 zu durchlaufen, wodurch
das optische Signal in Reaktion auf die Sendedaten normal zu dem optischen
Leitungsabschluss 100 gesendet wird. Auf diese Weise kann
die vorliegende Erfindung den durch ein Leerlaufmuster bewirkten
Datenverlust durch Verbinden einer einfachen Schaltung mit dem im
Handel erhältlichen
Gigabit-Ethernet-Controller verhindern.
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Nachdem
die Erfindung in Bezug auf eine bestimmte bevorzugte Ausführungsform
davon beschrieben wurde, ist es für eine Person mit gewöhnlicher
Erfahrung auf dem Gebiet der Technik ersichtlich, dass mehrere Änderungen
an der Form und im Detail daran vorgenommen werden können, ohne von
dem in den angehängten
Patentansprüchen
definierten Umfang der Erfindung abzuweichen. Beispielsweise kann
der optische Transceiver, der mit dem Ausgangsanschluss des Serializers/Deserializers 408 verbunden
ist und das optische Hochpegelsignal unter den Sendedaten des logischen
Wertes „1" sowie das optische
Niedrigpegelsignal unter den Sendedaten des logischen Wertes „0" sendet, ebenfalls
auf den entgegengesetzten logischen Zustand der Daten sowie den
optischen Signalpegel angewendet werden. In diesem Fall wird anstelle
des UND-Gatters 422 der Datenumwandlungseinrichtung 412 ein
NUND-Gatter verwendet.