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STAND DER TECHNIK
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Die vorliegende Erfindung betrifft
allgemein den Bereich der Faseroptik, und im Besonderen betrifft
die vorliegende Erfindung das Detektieren und Identifizieren von
Störungen
dieser.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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ZUSAMMENFASSUNG
DER ERFINDUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Es zeigen:
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1 ein
Blockdiagramm eines dem Stand der Technik entsprechenden optischen
Leistungsmessers und zugeordneter digitaler Elektronik;
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2 eine
Prinzipskizze des optischen Leistungsmessers aus 1;
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3 ein
Blockdiagramm eines Lichtwellenleiter-Übertragungssystems,
das den erfindungsgemäßen optischen
Leistungsmesser aufweist;
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4 ein
Blockdiagramm der Elektronik des optischen Leistungsmessers und
der zugeordneten digitalen Elektronik aus 3;
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5 eine
Prinzipskizze eines ersten Ausführungsbeispiels
des optischen Leistungsmessers aus 4;
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6 eine
Prinzipskizze eines zweiten Ausführungsbeispiels
des optischen Leistungsmessers aus 4;
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7 ein
Flussdiagramm der durch den Mikroprozessor aus 4 ausgeführten Warnsystemsoftware;
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8 eine
durch den optischen Leistungsmesser gemäß der vorliegenden Erfindung
erzeugte grafische Anzeige, welche die gemessene Leistungsänderung
aufgrund einer fehlerhaften Verbinderausrichtung oder Faseranzapfung
zeigt;
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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;
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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
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11 eine
die grafische Anzeige aus 10 mit einem
längeren
Zeitraum.
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GENAUE BESCHREIBUNG
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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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.
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Die Abbildungen der 10 und 11 zeigen ein weiteres Szenario unter Verwendung
von zwei verschiedenen Zeitskalen.
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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.
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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.