DE69721405T2 - Optischer Leistungsmesser zum Detektieren von Verlustfaktoren in optischen Kommunikationsfasern - Google Patents

Optischer Leistungsmesser zum Detektieren von Verlustfaktoren in optischen Kommunikationsfasern Download PDF

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Description

  • STAND DER TECHNIK
  • Die vorliegende Erfindung betrifft allgemein den Bereich der Faseroptik, und im Besonderen betrifft die vorliegende Erfindung das Detektieren und Identifizieren von Störungen dieser.
  • Lichtwellenleiterkabel sind mittlerweile die vorherrschenden Übertragungsmedien in der Telekommunikation. Die Vorteile der Faseroptik sind allgemein bekannt, wobei die hohe Bandbreie dabei hervorzuheben ist. Der Einsatz einer Faseroptik im Gegensatz zu herkömmlichen Übertragungswegen ist jedoch auch mit einigen Nachteilen verbunden. Die Nachteile gehen großteils auf die Art und Weise zurück, wie Daten über das Lichtwellenleiterkabel übertragen werden. Wie dies im Fach allgemein bekannt ist, werden Daten in Lichtimpulse codiert, die durch das Lichtwellenleiterkabel übertragen werden. Diese Lichtwellen reflektieren sich aufgrund der verschiedenen Brechungsindizes der Faseroptik und der umgebenden Ummantelung in der Faseroptik gegenseitig. Bei der Ummantelung handelt es sich um mit Verlust behaftetes Glas, das den leitenden Kern umgibt. Aufgrund dieser Anordnung ist das Lichtwellenleiterkabel in Bezug auf geringfügige Störungen des Kabels empfindlich, einschließlich mechanischer Belastungen wie etwa Biegungen, Verdrehungen und Klemmen der Faser selbst. Diese Störungen bewirken eine Verteilung des Lichts in der Faser in die Kabelummantelung innerhalb einer kurzen Entfernung, wodurch die Bitfehlerrate (BER) des Systems erhöht wird.
  • Das Lichtwellenleiterkabel ist besonders empfindlich in Bezug auf Verbindungsprobleme zwischen benachbarten Fasern. Die Probleme können in zwei Kategorien eingestuft werden: innerliche und äußerliche Probleme. Zu den innerlichen Problemen zählen eine fehlende Übereinstimung der numerischen Apertur (NA), die auftritt, wenn die NA der übertragenden Faser größer ist als die der empfangenden Faser. Ein weiteres innerliches Problem ist eine fehlende Übereinstimmung des Kerndurchmessers, wobei dieses Problem auftritt, wenn der Kern oder der Durchmesser der übertragenden Faser größer ist als der der empfangenden Faser. Im Gegensatz dazu tritt eine fehlende Übereinstimmung des Ummantelungsdurchmessers auf, wenn sich die Ummantelungen für zwei verschiedene Fasern unterscheiden, da der Kern dabei nicht mehr ausgerichtet ist. Der Kern kann ferner nicht optimal in der Ummantelung zentriert sein. Im Idealfall sollten die geometrischen Achsen des Kerns und der Ummantelung zusammenfallen. Dies ist jedoch nicht immer der Fall. Wenn die Achsen nicht zusammenfallen, so leidet die Faser unter Problemen in Bezug auf die Konzentrizität. Die Kernummantelung kann neben kreisförmig auch elliptisch sein. Dies verursacht Probleme, wenn zwei Fasern zusammengeführt werden, da die Enden nicht perfekt ausgerichtet sind. Alle innerlichen Probleme der Faser selbst bewirken einen Verlust bzw. eine Streuung eines Teils des Lichts. Dies erzeugt eine entsprechende Verringerung der Lichtintensität, wodurch die Bitfehlerrate des Systems erhöht wird.
  • Die äußerlichen Probleme werden durch den Verbinder beigetragen, der zur Verbindung benachbarter Fasern verwendet wird. Die vier größten äußerlichen Probleme, die einen Verlust in einem Lichtwellenleiterkabel verursachen, sind die laterale Verschiebung der Verbinder, die Separation der Enden der Fasern, eine falsche Winkelausrichtung der Fasern und eine Oberflächenrauheit der Fasern. Die laterale Verschiebung der Verbinder tritt auf, wenn die Achse einer Faser im Verhältnis zu der benachbarten Faser lateral verschoben wird. Wenn die Achse einer Faser nicht mit der einer anderen Faser zusammenfällt, tritt ein Verlust auf. Dieser Verlust ist in Bezug auf Dezibel ungefähr linear als eine Funktion des lateralen Verhältnisses der fehlerhaften Ausrichtung L/D, wobei L die Verschiebung bezeichnet, und wobei D für den Durchmesser der Faser steht. Wenn zwei Fasern durch einen Verbinder zusammengeführt werden, können zwei entgegengesetzte Enden durch einen geringfügigen Zwischenraum bzw. eine Lücke getrennt sein. Dieser Zwischenraum erzeugt zwei Arten von Verlusten. Bei der ersten Art handelt es sich um den Fresnel-Reflexionsverlust, der durch die Differenz der Brechungsindizes von zwei Fasern in dem intervenierenden Zwischenraum bewirkt wird, bei dem es sich für gewöhnlich um Luft handelt. Die zweite Verlustart bei Multimoden-Lichtwellenleitern ist die Folge des Versagens höherer Modi bei der Überbrückung des Zwischenraums und des Eintritts in den Kern der zweiten Faser. Die beiden Verluste erzeugen kombiniert einen sogenannten Zwischenraumsverlust, der sowohl eine Funktion des Endenseparationsverhältnisses S/D ist, wobei S den Separationszwischenraum darstellt und D den Durchmesser des Kabels bezeichnet, als auch der numerischen Apertur (NA). Der Zwischenraumverlust ist für eine bestimmte NA allgemein linear im Verhältnis zu dem Endenseparationsverhältnis. Weitere Verluste können aus der fehlerhaften Winkelausrichtung zwei aneinanderstoßender Fasern entstehen. Im Idealfall sind die Enden der zusammengeführten Fasern senkrecht zu der Faserachse sowie während dem Eingriff senkrecht zueinander. Wenn die Faserachse einer Faser im Verhältnis zu der Faserachse der benachbarten Faser einen Winkelversatz aufweist, so tritt ein Verlust auf. Alle äußerlichen Faktoren erzeugen Signalverluste in der Faser.
  • Es gibt verschiedne Instrumente, die einem Benutzer das Messen des Signalwertes in einem Lichtwellenleiterkabel ermöglichen. Siehe zum Beispiel US-A-4,659,215 an Sumida und EP-A-O 703 678 an AT&T. Bei einem weiteren Instrument handelt es sich um das Instrument FDDI Network Interface, Modell Nr. J2173C, entwickelt und hergestellt von der Hewlett-Packard Company, Palo Alto, Kalifornien, USA. Die FDDI Network Interface kann zwischen einer Lichtübertragungsquelle und einem Lichtübertragungs-Bestimmungsort angeordnet werden, um den durchschnittlichen Leistungswert zu messen, der durch das Lichtwellenleiterkabel empfangen wird. Diese Schnittstelle empfängt das über das Lichtwellenleiterkabel von der Lichtübertragungsquelle empfangene Lichtsignal, misst die durchschnittliche Energie und zeigt die gemessene Energie auf einem Balkendiagramm aus einer linearen Anordnung von Lumineszenzdioden (LEDs) an.
  • Die Abbildung aus 1 zeigt ein Blockdiagramm des J2173C-Systems. Das System 10 weist einen optischen Leistungsmesser 12 auf, der die optische Energie empfängt, die über das Lichtwellenleiterkabel übertragen wird, wie dies durch die nach unten geneigten Pfeile angezeigt wird. Der optische Leistungsmesser 12 ist über den Leiter 16 mit einem Mikrocontroller-System 14 gekoppelt. Der optische Leistungsmesser erzeugt gemäß der nachstehenden Beschreibung einen digitalen Impulszug, dessen Frequenz proportional zu der durchschnittlichen optischen Leistung ist, gemessen mit dem optischen Leistungsmesser 12.
  • Das Mikrocontroller-System 14 weist einen Mikroprozessor 18 auf, der über den Bus 22 mit einem Speicher 20 gekoppelt ist. Der Speicher 20 kann sowohl einen Nur-Lesespeicher (ROM) als auch einen dynamischen Direktzugriffsspeicher (DRAM) aufweisen. Mit dem Mikroprozessor 18 gekoppelt ist eine Massenspeichervorrichtung 24, die über den Bus 26 auf herkömmliche Art und Weise mit dem Mikroprozessor kommuniziert. Das Mikrocontroller-System 14 weist ferner einen Zähler 28 auf, der einen Takteingang 30 aufweist, der mit dem Bus 16 gekoppelt ist, so dass er den digitalen Impulszug von dem optischen Leistungsmesser empfängt. Der Zähler 28 ist ferner mit dem Mikroprozessor 18 gekoppelt, der den digitalen Zähler über den Bus 32 aus dem Zähler ausliest. Bei diesem Zählwert handelt es sich um eine digitale Darstellung der durch den optischen Leistungsmesser gemessenen durchschnittlichen Leistung.
  • Der Zähler 28 wird in vorbestimmten Zeitintervallen durch den Mikroprozessor 18 gemäß der in der Zeitbasis 34 gespeicherten Zeit zurückgesetzt oder torgesteuert. Der Mikroprozessor 18 speichert einen Wert in der Zeitbasis 34, der den Zeitraum darstellt, über den die Impulse gezählt werden. Der Mikroprozessor kann den Wert in der Zeitbasis ändern, um die Auflösung der Leistungsmessung zu ändern. Die Zeitbasis ist mit einem Gattereingang 36 des Zählers gekoppelt, um den Zähler zurückzusetzen sowie die Ausgabe des Zählers zum Lesen durch den Mikroprozessor 18 zu speichern. Der Mikroprozessor 18 liest den gespeicherten Wert danach über den Bus 32 aus dem Zähler 28, indem die Ausgabe des Zählers 28 durch Anwenden das Ausgangsfreigabesignals zur Ausgangsfreigabe des Eingangs 38 des Zählers freigegeben wird.
  • Bei der Ausgabe des Zählers 28 handelt es sich um eine digitale Darstellung der empfangenen optischen Energie, gemessen durch den optischen Leistungsmesser. Danach wird die tatsächliche optische Leistung durch den Mikroprozessor bestimmt, indem dieser den entsprechenden Leistungswert aus einer Verweistabelle in dem Speicher 20 liest oder die entsprechende Leistung unter Verwendung einer logarithmischen Gleichung berechnet, die dem Fachmann auf dem Gebiet bekannt ist. Dieser optische Leistungswert wird in dBm ausgedrückt und in der Massenspeichervorrichtung 24 gespeichert.
  • Der optische Leistungswert wird ferner auf einem Display 40 angezeigt. Das vorstehend genannte Display besteht aus einer Mehrzahl von LEDs, die in einer linearen Anordnung vorgesehen sind, so dass ein Balkendiagramm erzeugt wird. Die lineare Anordnung entspricht einem Leistungsbereich von –30 dBm bis – 13 dBm in Schritten von 3 dBm. Der Mikroprozessor 18 beleuchtet die LEDs, so dass eine grafische Anzeige des aktuellen Leistungswerts durch das Lichtwellenleiterkabel vorgesehen wird. Obwohl dies für zahlreiche Anwendungen nützlich ist, wie etwa für die Bestimmung, ob die FDDI-Spezifikationen erfüllt werden, reicht die Auflösung jedoch nicht aus, um viele der vorstehend beschriebenen Verlustfaktoren zu detektieren. Viele dieser Verlustfaktoren erzeugen Verluste im Bereich von 0,1 dB, die von der J2173C Netzwerkschnittstelle noch nicht einmal registriert werden würden. Wenn ferner angenommen wird, dass der Verlust eine Änderung der grafischen Darstellung erzeugt hat, so kann dieser Verlust leicht übersehen werden, da die Netzwerkschnittstelle keine Möglichkeit besitzt, den Leistungswert vor dem Verlust anzuzeigen. Sofern der Techniker somit das grafische Display nicht während dem Auftreten des Verlusts beobachtet hat oder sich an den Leistungswert vor dem Verlust erinnert, so wird der Verlust unter Umständen gar nicht entdeckt.
  • In Bezug auf die Abbildung aus 2 ist eine Prinzipskizze des optischen Leistungsmessers 12 dargestellt. Der optische Leistungsmesser 12 weist einen Energie-Strom-Umsetzer 42 auf, der sich in Juxtaposition an einem Lichtwellenleiterkabel befindet, um die eingehende optische Energie zu empfangen. Die optische Energie wird von einer Fotodiode 44 empfangen, welche die eingehende optische Energie in einen Strom I umwandelt. Der Umsetzer 42 weist ferner einen Verstärker 46 auf, der die empfangenen Lichtdaten zu dem mit dem Anschluss 48 verbundenen Bestimmungsort weiterleitet.
  • Der durch die Fotodiode 44 erzeugte Strom I ist mit einem Strom-Frequenz-Umsetzer 50 gekoppelt. der Strom-Frequenz-Umsetzer 50 weist einen standardmäßigen Spannungs-Frequenz-Umformer 52 auf, der von Analog Devices hergestellt und unter der Teilenummer AD654JR vertrieben wird. Der Spannungs-Frequenz-Umformer 52 wird auf herkömmliche Weise vorbelastet, wie dies in den Datenblättern zu AD654JR beschrieben wird, so dass hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden kann. Der Strom-Frequenz-Umsetzer 50 erzeugt einen digitalen Impulszug FREQ OUT, dessen Frequenz proportional zu der Amplitude des durch die Fotodiode 44 erzeugten Stroms ist, der wiederum proportional zu der durchschnittlichen Leistung der empfangenen Lichtübertragung ist. Dieses Verhältnis ist durch das eindeutige Codierungsschema begründet, das bei Lichtwellenleiterkommunikationen verwendet wird. Wie dies im Fach bekannt ist, verwendet eine Codierung auf der niedrigsten Ebene eine gleiche Anzahl von Einsern und Nullen über eine vorbestimmte Anzahl von Bits. Demgemäß entspricht die Frequenz des digitalen Impulszugs FREQ OUT dem durchschnittlichen Leistungswert in der empfangenen Lichtübertragung.
  • Hewlett-Packard stellt ferner ein weiteres Kommunikationsinstrument mit integriertem Leistungsmesser unter der Modellnummer 156MTS her, das eine der Einschränkungen des HP J2173C überwindet. Das HP 156MTS zeigt einen numerischen Wert an, der dem durchschnittlichen Leistungswert in dem Lichtwellenleiterkabel entspricht. Der numerische Wert weist rechts vom Komma eine Stelle auf, so dass der Leistungsmesser wohl Verluste von +/- 0,1 dB auflösen kann. Das HP 156MTS sollte somit in der Lage sein, verhältnismäßig geringfügige Verluste aufgrund der vorstehend beschriebenen Faktoren auflösen können. Das Problem ist es jedoch, dass dieses Produkt nicht die Möglichkeit bietet, den Techniker über etwaige derartige Verluste in Kenntnis zu setzen. Wie bei dem HP J2173C bleibt ein Verlust wahrscheinlich unerkannt, sofern der Techniker das numerische Display nicht während dem Auftreten des Verlusts beobachtet oder sich an den numerischen Wert vor dem Auftreten des Verlusts erinnert. Ferner ist das 156MTS nicht so entwickelt, dass es innerhalb des Signalwegs einer aktiven Faserverbindung bleibt. Stattdessen handelt es sich um eine Testanordnung, die ausschließlich für die Einrichtung und anfängliche Prüfung der Verbindung entwickelt worden ist und nicht zur Beobachtung über die gesamte Zeit. In beiden Fällen sehen die Produkte keine zuverlässige Möglichkeit zum Identifizieren von Problemen in dem Kabel vor.
  • Demgemäß werden weiterhin ein Verfahren zur Information und eine Vorrichtung zum Informieren eines Technikers oder einer anderer zuständiger Personen in Bezug auf ein Problem in einem Lichtwellenleiterkabel benötigt.
  • Vorgesehen ist gemäß der vorliegenden Erfindung ein Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Messen eines Leistungswerts einer Lichtübertragung in dem Lichtwellenleiterkabel; Vergleichen des gemessenen Leistungswerts mit einem Leistungsschwellenwert; und Erzeugen einer Warnung, wenn sich der gemessene Leistungswert außerhalb des Leistungsschwellenwerts befindet.
  • Vorgesehen ist gemäß einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ein Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem, das folgendes umfasst: eine Lichtübertragungsquelle und einen Lichtübertragungs-Bestimmungsort zur Lichtübertragung dazwischen; und ein mit dem Lichtwellenleiterkabel gekoppeltes Warnsystem zum Identifizieren von Störungen in dem Lichtwellenleiterkabel.
  • ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
  • Der vorliegenden Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, den Benutzer zuverlässig und präzise über Verlustfaktoren in dem Lichtwellenleiterkabel bewirkt durch innerliche und äußerliche Faktoren zu informieren.
  • Zur Erfüllung dieser Aufgabe hat der Anmelder einen optischen Leistungsmesser erfunden, der ein grafisches Display zum Anzeigen historischer Leistungswert der Leistung in der Lichtwellenleiterverbindung aufweist. Der Leistungsmesser kann sehr geringfügige Verluste auflösen, so dass sowohl innerliche als auch äußerliche Verlustfaktoren in der Lichtwellenleiterverbindung detektiert werden. Der optische Leistungsmesser weist in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel einen Umsetzer der optischen Energie in Strom auf, der die durch den Lichtwellenleiter übertragene optische Energie empfängt und diese in einen Strom umwandelt, der proportional zu der durchschnittlichen Leistung der Lichtübertragung ist. Der Umsetzer verstärkt ferner das empfangene Licht und leitet es an dessen Bestimmungsort weiter, so dass die Übertragung nicht unterbrochen wird. Auf diese Weise kann der optische Leistungsmesser dauerhaft in dem System platziert werden, so dass historische Leistungswertdaten aufgezeichnet werden. Der Leistungsmesser weist ferner einen Strom-Spannungs-Umsetzer auf, bei dem es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um einen Transimpedanzverstärker handelt. Der Transimpedanzverstärker wandelt den Strom in eine negative Spannung um, die proportional zu der Amplitude des Stroms ist. Der Ausgang des Transimpedanzverstärkers ist mit einem Spannungs-Frequenz-Umformer gekoppelt, der die Spannungsausgabe des Transimpedanzverstärkers mit einem Impulszug koppelt, der eine Frequenz aufweist, die proportional zu der Amplitude des Spannungssignals ist. Der Impulszähler erhöht einen Zähler, der in periodischen Intervallen von einem Mikroprozessor gelesen wird. Der Mikroprozessor liest die digitale Ausgabe des Zählers und setzt den Zähler zurück, so dass dieser mit dem Zählen der Anzahl von Impulsen in dem nächsten Zeitraum beginnt. Dieser durch den Zähler vorgesehene digitale Wert ist danach eine digitale Darstellung des optischen Leistungswerts. Der Mikroprozessor kann den dieser digitalen Darstellung entsprechenden Leistungswert entweder aus einer Verweistabelle abrufen oder den durchschnittlichen Leistungswert unter Verwendung einer logarithmischen Gleichung sofort berechnen.
  • Der Leistungsmesser ist Bestandteil eines Protokollanalysierersystems, das vorzugsweise tragbar ist und ein LDC-Display und eine Massenspeichervorrichtung aufweist. Der Mikroprozessor zeigt den Leistungswert auf einem Diagramm an, dessen vertikale Achse dem gemessenen Leistungswert in dBm entspricht, und dessen horizontale Achse die Zeit bezeichnet. Der Mikroprozessor speichert die Leistungsdaten auch auf der Massenspeichervorrichtung, so dass diese später abgerufen und analysiert werden kann. Das System ermöglicht es dem Benutzer auch, die Zeitskala auf der horizontalen Achse zu ändern, so dass entweder lange Zeiträume zur Identifikation von Problemen angezeigt werden können, die über einen langen Zeitraum aufgetreten sind, oder ein kurzer Zeitraum zum Analysieren einzelner Verluste zur Bestimmung deren Ursache.
  • Gemäß einem weiteren Aspekt der Erfindung ermöglicht das System dem Benutzer das Festlegen von Grenzwerten, innerhalb denen der Leistungswert im Betrieb liegen sollte. Wenn der gemessene Leistungswert die Grenzwerte des benutzerdefinierten Bereichs verlässt, erzeugt das System entweder ein visuelles oder ein akustisches Warnsignal. Dieser Grenzwert kann entweder oberhalb oder unterhalb oder sowohl oberhalb als auch unterhalb eines Bezugsleistungswertes liegen, der von dem Leistungsmesser gemessen wird.
  • Die vorstehenden und weitere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden genauen Beschreibung eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung in Bezug auf die beigefügten Zeichnungen deutlich.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
  • Es zeigen:
  • 1 ein Blockdiagramm eines dem Stand der Technik entsprechenden optischen Leistungsmessers und zugeordneter digitaler Elektronik;
  • 2 eine Prinzipskizze des optischen Leistungsmessers aus 1;
  • 3 ein Blockdiagramm eines Lichtwellenleiter-Übertragungssystems, das den erfindungsgemäßen optischen Leistungsmesser aufweist;
  • 4 ein Blockdiagramm der Elektronik des optischen Leistungsmessers und der zugeordneten digitalen Elektronik aus 3;
  • 5 eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels des optischen Leistungsmessers aus 4;
  • 6 eine Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels des optischen Leistungsmessers aus 4;
  • 7 ein Flussdiagramm der durch den Mikroprozessor aus 4 ausgeführten Warnsystemsoftware;
  • 8 eine durch den optischen Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte grafische Anzeige, welche die gemessene Leistungsänderung aufgrund einer fehlerhaften Verbinderausrichtung oder Faseranzapfung zeigt;
  • 9 eine durch den optischen Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte grafische Anzeige, welche die gemessene Leistungsänderung aufgrund einer vorübergehenden Verbiegung, Verdrehung oder eines Einklemmens darstellt;
  • 10 eine durch den optischen Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung erzeugte grafische Anzeige, welche die gemessene Leistungsänderung aufgrund einer mechanischen Störung der Faser zeigt; und
  • 11 eine die grafische Anzeige aus 10 mit einem längeren Zeitraum.
  • GENAUE BESCHREIBUNG
  • In folgendem Bezug auf die Abbildung aus 3 ist ein erfindungsgemäßes Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem allgemein mit der Bezugsziffer 60 bezeichnet. Das System weist eine Lichtübertragungsquelle 62, einen Lichtübertragungs-Bestimmungsort 64 und eine Lichtwellenleiterverbindung auf, die allgemein mit der Bezugsziffer 66 bezeichnet ist. Bei der Quelle 62 handelt es sich um einen Computer 68, der in einer sicheren Umgebung angeordnet ist, wie dies durch die gestrichelten Linien angezeigt wird, wobei die Sicherung für die vorliegende Erfindung nicht erforderlich ist. Der Bestimmungsort weist ebenfalls einen Computer 70 auf, der sich vorzugsweise ebenfalls in einer gesicherten Umgebung befindet. Die gesicherte Umgebung ist dargestellt, da eine Anwendung des Leistungsmessers gemäß der vorliegenden Erfindung das Feststellen von Sicherheitsverstößen in der Faser betrifft. Die Erfindung ist jedoch nicht auf gesicherte Umgebungen beschränkt, vielmehr kann sie auch in ungesicherten Umgebungen verwendet werden. Zwischen die Quelle und die Bestimmungsorte ist eine Lichtwellenleiterverbindung 66 gekoppelt, die sowohl ober- als auch unterirdisch angeordnet ist, wie dies im Fach bekannt ist. Die Einzelheiten der Lichtwellenleiterverbindung sind für die Erfindung nicht von Bedeutung. Stattdessen kann der erfindungsgemäße Leistungsmesser mit jedem zur Zeit bekannten oder zukünftig entwickelten Lichtwellenleiterkabel verwendet werden. Die Lichtwellenleiterverbindung ist hierin als Kabel 72 bezeichnet, wobei hiermit jedoch festgestellt wird, dass das Kabel eine Mehrzahl einzelner Segmente sowie darin angeordnete Verstärker (nicht abgebildet) aufweisen kann.
  • Zwischen der Quelle 62 und dem Bestimmungsort 64 ist das erfindungsgemäße optische Leistungsmessersystem 74 angeordnet. Das System 74 weist eine mit dem Kabel 72 gekoppelte Eingangsbuchse 76 auf, welche die über das Kabel 72 geleitete Lichtübertragung empfängt. Ein zusätzliches Lichtwellenleiterkabel 78 ist zwischen eine Ausgangsbuchse 80 des Systems und eine Eingangsbuchse 86 des Computers 70 gekoppelt. Das vorstehend erwähnte System misst die optische Leistung und die Lichtübertragung, während gleichzeitig die Daten zum Bestimmungsort hindurchgeleitet werden. Wie dies in der Abbildung aus 1 dargestellt ist, basiert das System 74 vorzugsweise auf einem tragbaren Personalcomputer. Wie dies bei derartigen Computern der Fall ist, weist das System 74 eine Tastatur sowie eine Mauseingabevorrichtung (nicht abgebildet) und ein Display 84 auf. Bei dem Display 84 handelt es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um eine Flüssigkristallanzeige (LCD), wobei die Erfindung jedoch nicht auf eine derartige Anzeige beschränkt ist. Der tragbare Computer ermöglicht den einfachen Transport des optischen Leistungsmesssystems sowie den Einsatz in verschiedenen Umgebungen. Alternativ kann auch ein Desktop-Computer oder ein unabhängiges optisches Leistungsmesssystem mit den nachstehend beschriebenen Bestandteilen verwendet werden.
  • Die Abbildung aus 4 zeigt ein Blockdiagramm des Systems 74. Das System entspricht mit einigen erwähnenswerten Ausnahmen dem System aus der Abbildung aus 1. Gemeinsame Elemente der Systeme aus den Abbildungen der 1 und 4 sind mit den gleichen Bezugsziffern bezeichnet. Die vorstehende Beschreibung bezieht sich auf diese gemeinsamen Elemente und muss somit nicht wiederholt werden.
  • Der erste Unterschied liegt darin, dass ein anderer optischer Leistungsmesser 88 verwendet wird. Dieser Leistungsmesser 88 wird nachstehend in Bezug auf die Abbildungen der 5 und 6 näher beschrieben. Ein weiterer Unterschied liegt darin, dass das System 74 ein LCD-Display 84 sowie eine zugeordnete Software zum Anzeigen historischer Leistungsdaten aufweist, wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird. Ein Teil dieser Software ermöglicht es dem Mikroprozessor, den Wert in der Zeitbasis zu ändern, um die Bandbreite oder die Abtastzeit der Leistungsmessung zu ändern. In dem bevorzugten Ausführungsbeispiel liegt der Wert im Bereich von 0,01 bis 1,0 Sekunden, wobei der Wert nicht darauf beschränkt ist. Die Systemsoftware ermöglicht es dem Benutzer ferner, den Zeitrahmen zu spezifizieren, über den die gemessenen Leistungswerte angezeigt werden. Dies ermöglicht es dem Benutzer, das Leistungsniveau über einen langen Zeitraum zu beobachten, um Änderungen des Leistungswertes während dieses Zeitraums zu identifizieren oder sich auf kurze Zeiträume zu konzentrieren, um einzelne Ereignisse zu analysieren, um genaue Ursache zu analysieren.
  • Die Abbildung aus 5 zeigt eine Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels des optischen Leistungsmessers 88. Der erfindungsgemäße optische Leistungsmesser 88 weist einen Energie-Strom-Umsetzer 90 auf, der sich in Juxtaposition an dem Kabel 72 befindet, um die eingehende optische Energie zu empfangen. Die optische Energie wird von einer Fotodiode 92 empfangen, welche die eingehende optische Energie in einen Strom I umwandelt. Bei der Fotodiode 92 handelt es sich in dem bevorzugten Ausführungsbeispiel um eine Indium-Gallium- Arsenid-Fotodiode mit einer Wellenlänge von 1310 Nanometern (nm). Der Umsetzer 90 weist ferner einen Verstärker 94 auf, der die empfangenen Lichtdaten an den Bestimmungsort weiterleitet.
  • Der durch die Fotodiode 92 erzeugte Strom I wird durch einen Hochfrequenzfilter geleitet, der mehrlagige Ferrite 96 und 98 umfasst. Bei der Ausgabe des Hochfrequenzfilters handelt es sich um einen Gleichstrom. Die Ausgabe des Filters wird an einen Strom-Spannungs-Umsetzer 100 vorgesehen. Im Kern des Strom-Spannungs-Umsetzers befindet sich ein Transimpedanzverstärker 102. Der Verstärker 102 weist einen nicht invertierenden Eingang auf, der mit der Erde verbunden ist, und einen invertierenden Eingang, der mit dem Ausgang des Hochfrequenzfilters verbunden ist. Durch die Erdung des nicht invertierenden Eingangs wird an der Anode der Fotodiode 92 eine Vorspannung von Null vorgesehen. Der Transimpedanzverstärker 102 weist einen parallelen Kondensator C1 und einen Widerstand R1 in Kombination in der Rückkopplungsschleife auf, so dass ein Niederfrequenzpol (z. B. 159 Hz) erzeugt wird. Der Tiefpassfilter in dem Rückkopplungsweg ist jedoch optional, und zwar aufgrund der Bandbreite des Transimpedanzverstärkers, der in keinem Fall auf Hochfrequenzkomponenten ansprechen kann. Der Transimpedanzverstärker erzeugt eine negative Spannung, die proportional zu der Amplitude des Fotostroms I ist.
  • Der Ausgang des Transimpedanzverstärkers 102 ist mit einem negativen Spannungs-Frequenz-Umformer 70 gekoppelt. Der Umformer 70 weist einen standardmäßigen Spannungs-Frequenz-Umformer 78 auf, der von Analog Devices hergestellt und unter der Teilenummer AD654JR vertrieben wird. Der Spannungs-Frequenz-Umformer 70 ist auf herkömmliche Art und Weise angeschlossen, wie dies in den Datenblättern zu AD654JR beschrieben ist, so dass hier auf eine weitere Beschreibung verzichtet werden kann. Hiermit wird jedoch festgestellt, dass Bauteile mit hoher Präzision verwendet werden, wie etwa 0,1% Widerstände, um das gewünschte Maß der Auflösung zu erreichen. Ferner wird anstelle herkömmlicher Tantalkondensator ein Polystyrolkondensator C2 verwendet. Der negative Spannungs-Frequenz-Umformer 70 erzeugt einen digitalen Impulszug FREQ OUT, dessen Frequenz proportional zu der Amplitude der negativen Spannung ist, die durch den Strom-Spannungs-Umsetzer 100 erzeugt wird, die wiederum proportional zu der durchschnittlichen Leistung der empfangenen Lichtübertragung ist. Dieses Verhältnis wird durch das eindeutige Codierungsschema vorgegeben, das bei der Lichtwellenleiterkommunikation eingesetzt wird. Wie dies im Fach bekannt ist, verwendet die Codierung auf niedrigster Ebene eine identische Anzahl von Einsern und Nullen über eine vorbestimmte Anzahl von Bits. Demgemäß entspricht die Frequenz des digitalen Impulszugs FREQ OUT genau dem durchschnittlichen Leistungswert in der empfangenen Lichtübertragung.
  • Eine weitere Version des optischen Leistungsmessers 38 ist in der Abbildung aus 6 dargestellt. Dieses Ausführungsbeispiel wird verwendet, wenn eine negative Vorspannung für die Fotodiode erforderlich ist. In diesem Fall setzt der Strom-Spannungs-Umsetzer 104 einen differentiellen Puffer 106 mit einem Widerstand R2 ein, der über dessen invertierende und nicht invertierende Anschlüsse gekoppelt ist, so dass der durch die Fotodiode 92 erzeugte Strom erfasst wird. Der Strom wird durch den Widerstand R2 geleitet, wodurch daran eine Spannung erzeugt wird, die durch den differentiellen Puffer 106 erfasst und zu dessen Ausgang verstärkt wird. Der Umformer 70 ist mit dem in dem ersten Ausführungsbeispiel verwendeten Umformer identisch und muss hier somit nicht näher beschrieben werden.
  • Die Abbildung aus 7 zeigt ein Flussdiagramm der Systemsoftware. Die Software wird durch den in der Abbildung aus 5 dargestellten Mikroprozessor ausgeführt und in dem Speicher 20 und/oder in der Massenspeichereinheit 24 gespeichert. Zusätzlich zum Anzeigen des optischen Leistungswerts während dessen Messung überwacht das System ferner den Wert, um geringfügige Schwankungen bzw. Abweichungen festzustellen, die durch interne und/oder externe Verlustfaktoren verursacht werden können. Dieser Betrieb ist in der Abbildung aus 7 dargestellt.
  • Das System beginnt in dem Schritt 112 mit der eigenen Initialisierung. Als Teil dieses Schritts sammelt das System einen Grund- bzw. Bezugsvorrat an Informationen, mit denen spätere Messungen verglichen werden. Es wird davon ausgegangen, dass dieses Bezugsniveau einem ungestörten Zustand der Lichtwellenleiterverbindung entspricht. Somit sollte die Initialisierung so früh wie möglich nach der Installation der Verbindung erfolgen, so dass keine beeinträchtigenden Störungen der Verbindung gegeben sind. Das System kann den Benutzer ferner während dem Initialisierungsschritt zur Eingabe einer oberen und/oder unteren Grenze auffordern, wobei der Benutzer wünscht, dass der Leistungswert innerhalb dieses Bereichs bleibt. Wenn der gemessene Leistungswert außerhalb dieser Grenzwerte liegt, setzt das System einen Alarmzustand fest oder erzeugt eine Warnung, wie dies nachstehend im Text näher beschrieben wird.
  • Nach abgeschlossener Initialisierung überwacht das System in dem Schritt 114 den empfangenen optischen Leistungswert und zeichnet diesen auf. In diesem Schritt liest der Mikroprozessor 18 den Zählerwert und ruft den entsprechenden Leistungswert ab bzw. berechnet diesen, wie dies bereits vorstehend im Text beschrieben worden ist. Sobald der Leistungswert bekannt ist, wird er in der Massenspeichervorrichtung 24 gespeichert und auf dem LCD-Display 84 gemäß benutzerdefinierten Anzeigeparametern angezeigt.
  • Danach vergleicht das System den in dem Schritt 114 empfangenen optischen Leistungswert mit den in dem Initialisierungsschritt 112 festgelegten benutzerdefinierten Grenzwerten. Wenn der Leistungswert innerhalb dieser benutzerdefinierten Grenzwerte liegt, wechselt der Mikroprozessor 18 zurück in den schritt 114, und nach Ablauf eines vorbestimmten Zeitraums wird eine neue Probe vorgenommen. Wenn die empfangene optische Leistung andererseits außerhalb eines der benutzerdefinierten Grenzwerte liegt, legt das System in dem Schritt 118 einen Alarmzustand fest, um den Techniker oder den Benutzer über den Verlust in Kenntnis zu setzen. Dieser Alarmzustand kann akustisch oder visuell sein. Durch den Alarmzustand wird der Benutzer somit darüber informiert, dass die Lichtwellenleiterverbindung in gewisser Weise gestört ist. Der Benutzer kann daraufhin auf dem Display prüfen, was die Ursache für den Verlust sein könnte, so dass der Benutzer das Problem identifizieren und isolieren kann. Somit handelt es sich bei dem System um ein leistungsstarkes Hilfsmittel zur Überwachung und Fehlersuche in faseroptischen Netzwerken.
  • In den Abbildungen der 8 bis 11 sind verschiedene beispielhafte Displays dargestellt. Diese Displays zeigen die resultierenden Anzeigen, die unter verschiedenen Bedingungen durch das System aus 4 erzeugt werden. In der Abbildung aus 8 ist in Bezug auf den Leistungswert ein Abwärtsabstufung dargestellt. Diese Abstufung kann durch eine fehlerhafte Ausrichtung eines Verbinders oder möglicherweise durch einen Sicherheitsverstoß verursacht werden, d. h. eine direkte Faseranzapfung der Lichtwellenleiter. Diese Information kann den Benutzer auffordern, eine Untersuchung der Lichtwellenleiterverbindung vorzunehmen, um den fehlerhaft ausgerichteten Verbinder zu identifizieren oder sogar die Faseranzapfung.
  • In der Abbildung aus 9 zeigt die horizontale Achse einen deutlich kürzeren Zeitrahmen als die Achse aus B. Das System ermöglicht es dem Benutzer, die Zeitskala durch Eingabe der gewünschten Zeitskala über die Tastatur oder die Maus festzulegen, wobei alternativ auch die Auswahl unter vordefinierten Zeitskalen möglich ist. Der in der Abbildung aus 9 dargestellte Leistungsverlust kann dadurch verursach werden, dass eine Faser vorübergehend verbogen, verdreht oder eingeklemmt ist. Die Anzeige zeigt zwar einen Verlust während eines kurzen Zeitraums, wobei der Leistungswert jedoch wieder auf im Wesentlichen den gleichen Leistungswert wie vor der Störung ansteigt. Das System informiert den Benutzer somit darüber, dass der Zustand, der den Verlust verursacht hat, nicht mehr existiert. Trotzdem kann es sein, dass der Benutzer doch wissen möchte, dass eine derartige Störung aufgetreten ist, da diese auf ein dauerhaftes Problem hinweisen könnte oder zu einer Schwächung der Faserverbindung führen könnte, was schließlich zu einem Systemausfall führen kann.
  • Die Abbildungen der 10 und 11 zeigen ein weiteres Szenario unter Verwendung von zwei verschiedenen Zeitskalen.
  • Die Abbildung aus 10 zeigt die durch eine mechanische Störung der Faser erzeugte Anzeige, wie etwa durch ein Erdbeben. Die Anzeige aus 10 verwendet eine kurze Zeitskala, die es dem Benutzer ermöglicht, die Details des Leistungsniveaus während der Störung zu untersuchen. Dieses Maß an Auflösung kann es dem Benutzer ermöglichen, zu identifizieren, wo, wie und speziell wann die Störung aufgetreten ist. Das gleiche Ereignis ist in der Abbildung aus 11 in einer längeren Zeitskala dargestellt. Diese Skala ist nützlich, wenn der Benutzer über mehrere Tage abwesend ist und den gesamten Zeitraum seiner Abwesenheit anzeigen möchte, um etwaige Verluste zu identifizieren, die während dieses Zeitraums aufgetreten sind. Der Benutzer könnten sich dabei das Ereignis näher betrachten, indem er die Zeitskala so ändert, dass die Anzeige aus 10 erzeugt wird. Aus dieser könnte der Benutzer die Ursache und möglicherweise den Ursprung des Problems besser ermitteln.
  • Vorstehend wurden die Grundsätze der vorliegenden Erfindung in einem bevorzugten Ausführungsbeispiel beschrieben und veranschaulicht, wobei hiermit festgestellt wird, dass die Anordnung und die Einzelheiten der Erfindung modifiziert werden können, ohne dabei von den erfindungsgemäßen Grundsätzen abzuweichen. Sämtliche Modifikationen und Abänderungen sind Bestandteil des Umfangs der folgenden Ansprüche.

Claims (10)

  1. Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Übertragen von Licht von einer ersten Position an eine zweite Position über ein Lichtwellenleiterkabel; dauerhaftes Messen (112) eines durchschnittlichen Bezugsleistungswertes der Lichtübertragung in dem Lichtwellenleiterkabel in einem störungsfreien Zustand; Vergleichen (114) des gemessenen durchschnittlichen Leistungswertes mit dem durchschnittlichen Bezugsleistungswert; Erzeugen einer Warnung (118), wenn sich der gemessene durchschnittliche Leistungswert außerhalb des Bezugsleistungswertes befindet; und Anzeigen des gemessenen durchschnittlichen Leistungswertes im Zeitverlauf (84).
  2. Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 1, wobei der Schritt des Messens eines durchschnittlichen Leistungswertes der Lichtübertragung in dem Lichtwellenleiterkabel die Umwandlung des Lichts in eine digitale Darstellung aufweist, wobei die digitale Darstellung proportional zu dem durchschnittlichen Leistungswert der Lichtübertragung ist.
  3. Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel nach Anspruch 2, wobei der Schritt der Umwandlung des Lichts in eine digitale Darstellung folgendes aufweist: Umwandeln (90) des Lichts in einen Strom; Umwandeln (100, 104) des Stroms in eine Spannung; Umwandeln (50) der Spannung in einen Impulszug, wobei der Impulszug eine Frequenz aufweist, die proportional zu der durchschnittlichen Leistung des Lichts ist; und Umwandeln des Impulszugs in einen digitalen Wert, der proportional zu der durchschnittlichen Leistung der Lichtübertragung ist.
  4. Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei der Schritt des Messens eines durchschnittlichen Leistungswertes einer Lichtübertragung in dem Lichtwellenleiterkabel die Platzierung eines optischen Leistungsmessers (88) zwischen einer Lichtübertragungsquelle und einem Lichtübertragungs-Bestimmungsort aufweist.
  5. Verfahren zum Erfassen von Störungen in einem Lichtwellenleiterkabel nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei das Verfahren die folgenden Schritte umfasst: Aufforderung eines Benutzers zur Eingabe eines benutzerdefinierten Grenzwertes; und Vergleichen des gemessenen Leistungswertes mit dem benutzerdefinierten Grenzwert.
  6. Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem, das folgendes umfasst: eine Lichtübertragungsquelle (62); einen Lichtübertragungs-Bestimmungsort (64); ein Lichtwellenleiterkabel (72), das zwischen die Lichtübertragungsquelle und den Lichtübertragungs-Bestimmungsort gekoppelt ist, um dazwischen Licht zu übertragen; ein Warnsystem (74), das mit dem Lichtwellenleiterkabel gekoppelt ist, um ununterbrochen einen durchschnittlichen Bezugsleistungswert in dem Lichtwellenleiterkabel in einem störungsfreien Zustand zu messen und um Störungen in dem Lichtwellenleiterkabel zu identifizieren, indem der durchschnittliche Leistungswert der Störung gemessen und der durchschnittliche Leistungswert der Störung mit dem durchschnittlichen Bezugsleistungswert verglichen wird; und eine mit dem Warnsystem gekoppelte Anzeige (84) zum Anzeigen des durchschnittlichen Leistungswertes der in dem Lichtwellenleiterkabel identifizierten Störüngen im Zeitverlauf.
  7. Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem nach Anspruch 6, wobei das Warnsystem folgendes aufweist: einen optischen Leistungsmesser (88), der mit dem Lichtwellenleiterkabel gekoppelt ist, um die durchschnittliche optische Leistung des Lichts in dem Lichtwellenleiterkabel zu messen; und eine Warnschaltung (14), die mit dem optischen Leistungsmesser gekoppelt ist, um ein Warnsignal zu erzeugen, wenn die gemessene durchschnittliche optische Leistung außerhalb eines Grenzwertes liegt.
  8. Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem nach Anspruch 7, wobei die Lichtübertragungsquelle ein Computersystem in einer sicheren Umgebung aufweist.
  9. Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem nach Anspruch 7 oder 8, wobei die Warnschaltung folgendes aufweist: einen Zähler (28) mit einem Takteingang, der mit dem Spannungs-Frequenz-Umformer gekoppelt ist, und mit einem Ausgang, der eine digitale Darstellung vorsieht; einen Mikroprozessor (18), der funktionsfähig mit dem Zähler gekoppelt ist, um die digitale Darstellung in vorbestimmten Intervallen zu lesen und um die digitale Darstellung in einen durchschnittlichen Leistungswert umzuwandeln; und einen Speicher (20) mit einer darin gespeicherten Verweistabelle, wobei die Verweistabelle eine entsprechende durchschnittliche Leistungseingabe für jede digitale Darstellung aufweist.
  10. Lichtwellenleiter-Kommunikationssystem nach einem der Ansprüche 7 bis 9, wobei der optische Leistungsmesser folgendes aufweist: einen Energie-Strom-Umsetzer (90), der im Betrieb mit dem Lichtwellenleiterkabel gekoppelt ist, wobei der Energie-Strom-Umsetzer die Lichtübertragung empfängt und einen Strom erzeugt, der proportional zu der Energie der Lichtübertragung ist; einen Strom-Spannungs-Umsetzer (100, 104), der mit dem Energie-Strom-Umsetzer gekoppelt ist, um den Strom zu empfangen und eine zu diesem proportionale Spannung zu erzeugen; und einen Spannungs-Frequenz-Umformer (70), der mit dem Strom-Spannungs-Umsetzer gekoppelt ist, um die Spannung in einen Impulszug umzusetzen, der eine zu der Amplitude der Spannung proportionale Frequenz aufweist.
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