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Die Erfindung betrifft eine Verzweigungseinheit
für ein
Lichtwellenleiter-Übertragungssystem, welches
die Energieleistung durch elektrische Stromversorgung von beiden
Richtungen eines Fernleitungskabels ermöglicht, das wiederum eine selektive Trennung
der Kabelabschnitte gewährleistet,
welche über
die Verzweigungseinheiten angeschlossen sind.
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Bei einem Betrieb von Lichtwellenleiter-Kommunikationssystemen über große Entfernungen,
in denen eine Reihe von Verzweigungsproblemen auf Grund eines Fernleitungskabelfehlers
oder -zusammenbruchs auftreten können,
führt dies
zwischen den Terminals auf der gegenüberliegenden Seite des Fehlers
oder Zusammenbruchs zu Ausfällen.
Bei derartigen Ausfallkonditionen ist es aber noch möglich, zwischen
den Terminalanschlüssen
auf der gleichen Seite des Zusammenbruchs zu kommunizieren, und
eine Stromversorgung kann an die Verzweigungseinheiten von einem
Fernleitungskabelende auf der Seite des Zusammenbruchs erfolgen.
Ein Problem entsteht aber bei der Reparatur des Fehlers oder Zusammenbruchs,
welche normalerweise erfordert, dass die Energiesystemleistung ausgeschaltet werden
muss, um den Fehler zu lokalisieren, was wiederum zur Folge hat,
dass das ganze System außer
Betrieb genommen wird. Die vorliegende Erfindung hat zu tun mit
der Bereitstellung von Einrichtungen, um nur einen Kabelabschnitt
von der Stromversorgung zu trennen, damit die Reparatur möglich wird,
während
das restliche System noch betriebsbereit bleibt.
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Eine Verzweigungseinheit für die Nutzung
in unterseeischen Telekommunikations-Lichtwellenleitersystemen, welche elektrische
Stromeinspeisung anwenden, ist aus der Patentanmeldung GB-A-2 275 834
bekannt. Die Einheit schließt
mit einem dreiadrigen Leitungskabel ab und weist einen Abschluss
für eine
Seeerdung auf. Eine Vielzahl von Lichtwellen-Regeneratoren wird
zur Verfügung
gestellt, welche eine elektrische Stromeinspeisung erfordern, die wiederum
von einer Vielzahl von Stromversorgungsnetzwerken bereitgestellt
wird, die in Reihe hintereinander geschaltet werden. Erste, zweite
und dritte Relaisanschlüsse
sind vorgesehen, welche Relaisspulen und Relaiskontakte aufweisen.
Jede Relaisspule ist zwischen zwei Leitungsabschlüssen angeordnet und
der zur diesbezüglichen
Relaisspule korrespondierende Relaiskontakt wird mit dem anderen
Leitungsabschluss und dem Seeerdungsabschluss verbunden. Nur ein
Relais kann auf einmal mit Energie versorgt werden. Auch werden
Gleichrichterbrücken bereitgestellt – eine um
jede der Relaisspulen -, um einen einpoligen Erregerstromfluss durch
diese hindurch zu gewährleisten,
und um die Relaisabfallzeit gegenüber dem Schwungmoment zu erhöhen. Wenn elektrische
Energie zwischen zwei Leitungskabelabschlüssen geführt wird, wird der dritte Leitungskabelabschluss
davon abgetrennt und an die Seeerdung über ein viertes Relais gekoppelt,
welchem von der erwähnten
Stromversorgung Energie zugeführt
wird, und die Vielzahl der Stromversorgungsnetzwerke der Lichtwellen-Regeneratoren
werden in Serie zwischen den genannten Leitungskabelabschlüssen angeordnet,
um dadurch eine Stromeinspeisung der Lichtwellen-Regeneratoren zu
erzielen.
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Die Dokumentierung des bekannten
Stands der Technik erläutert
somit eine regenerierte Verzweigungseinheit, welche es möglich macht,
eine Stromkreisschaltung zwischen zwei Verzweigungskabeln einzusetzen,
wobei eine Seeerdung für
das dritte Verzweigungskabel bereitgestellt wird, und wobei die
Regeneratoren in der Verzweigungseinheit für alle drei Schaltungskonditionen
der Verzweigungseinheit und die Stromwege mit Energie versorgt werden
können.
Dem Problem des Abtrennens eines Kabelabschnittes von der Stromversorgung,
um eine Reparatur zu ermöglichen,
während
das restliche System betriebsbereit bleibt, wird darin nicht Rechnung
getragen.
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Nach der vorliegenden Erfindung wird
eine Verzweigungseinheit für
ein Lichtwellen-Übertragungssystem
zur Verfügung
gestellt mit einem Eingangs-/Ausgangspaar zum Empfangen eines Endes eines
anderen Fernleitungskabel-Abschnittes, der einen Stromleiter und
einen oder mehrere Lichtwellenleiter aufweist, wobei ein Schaltkreis
wirkungsvoll eingesetzt wird, um die Stromführung zwischen den Stromleitern
eines jeden Fernleitungskabel-Abschnittes oder über eine Erdungsrückleitung
als Antwort auf ein auf dem Fernleitungskabel erfolgtes Überwachungssignal
selektiv umzuleiten.
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Der Schaltkreis kann eine Stromstoßfunktion aufweisen,
die sobald sie eingeschaltet wird zu wirken beginnt, um die Umleitung über die
Erdungsrückleitung
solange aufrecht zu erhalten, bis die Stromversorgung abgetrennt
ist. Der Schaltkreis kann ein Relais umfassen. Das Relais kann ein
Stromstoßrelais
sein, das sobald es eingeschaltet wird zu wirken beginnt, um die
Umleitung über
die Erdungsrückleitung
solange aufrecht zu erhalten, bis die Stromversorgung abgetrennt
ist. Der Schaltkreis kann auch eine Transistorschaltung aufweisen,
welche an die Relaisspule gekoppelt ist, wobei die Transistorschaltung
von einer Steuerungsstromkreiseinheit als Antwort auf ein Überwachungssignal
angetrieben wird.
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Die Verzweigungseinheit kann auch
einen Diodenbrückenschaltung
umfassen, welche zwei Parallelarme mit je einem Diodenpaar aufweist,
die in Anoden- zu Kathodenend-Reihenschaltung
angeschlossen sind, in welcher die Arme mit einer Querkopplung von
Anode zu Anode und von Kathode zu Kathode angeschlossen sind, wobei
ein Anschluss für
die einzelnen Stromleiter der verschiedenen Fernleitungskabel-Abschnitte
an der Verbindung zwischen den Dioden eines jeden Armpaares bereitgestellt
wird, und wobei die Transistor- und Relaisspulen-Schaltanordnung
zwischen den Parallelarm-Enden gekoppelt wird. Ein Verfeinerungsschritt
der Verzweigungseinheit besteht darin, indem ein zusätzlicher
Parallelarm mit einem Diodenpaar vorgesehen wird, die in Anode-
zu Kathode-Reihenschaltung und auf die gleiche Weise zwischen den
Enden der Querkopplung der beiden Parallelarme angeschlossen sind,
und wobei die Verbindung zwischen den Dioden des zusätzlichen
Parallelarmes an die Erdung über Ruherelaiskontakte
gekoppelt ist. Eine Zenerdiode kann zwischen den Querkopplungsabschlüssen der Parallelarme
zur Regulierung der Spannung für
die Transistor- und Relaisspulenschaltung angeschlossen sein.
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Die Erdungsrückleitung kann eine Seeerdung
sein.
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Der Schaltkreis kann auf ein optisches Überwachungssignal
reagieren, das über
einen der Lichtwellenleiter erfolgt. Alternativ kann der Schaltkreis auch
auf ein elektrisches Überwachungssignal
antworten, das über
einen Stromleiter erfolgt ist.
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Die Erfindung umfasst auch ein Lichtwellenleiter-Übertragungssystem,
das ein Fernleitungskabel aufweist, das mit zwei oder mehreren,
beabstandeten Verzweigungseinheiten ausgestattet ist, wie schon
vorstehend definiert wurde, wobei der Schaltkreis in jeder Verzweigungseinheit
auf ein unterschiedliches Überwachungssignal
antwortet, um dadurch das selektive Koppeln der Stromversorgung zwischen
benachbarten Verzweigungseinheiten oder zur Erdung möglich zu
machen, als entsprechende Reaktion auf ein Überwachungssignal, das von
mindestens einem Kabelende erfolgt ist, und um die Trennung der
Stromversorgung von einem Fernleitungskabel-Abschnitt zu gewährleisten.
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Damit die Erfindung und deren verschiedene,
weiteren bevorzugten Merkmale besser verstanden werden können, werden
nachstehend einige Ausführungen
lediglich anhand von Beispielen unter Bezug auf die Zeichnungen
beschrieben, welche zeigen:
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1 ist
eine schematische Darstellung, welche ein Lichtwellenleiter-Übertragungssystem aufzeigt,
und in welcher erfindungsgemäße Verzweigungseinheiten
angewendet werden.
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2 ist
ein schematisches Schaltkreisdiagramm einer Verzweigungseinheit,
die nach der Erfindung entwickelt worden ist.
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3a bis 3e veranschaulichen schematisch das Anschalten
der Energieversorgung eines Lichtwellenleiter-Übertragungssystems nach der
vorliegenden Erfindung.
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4 stellt
das Schalten der Energieversorgung bei einem Fernleitungskabelfehler
schematisch dar.
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In Bezug auf 1 wird ein Lichtwellenleiter-Übertragungssystem
gezeigt, das heißt,
ein Unterwasser-Übertragungssystem,
welches Fernbasisstationen 10, 12 aufweist, die
via eines Fernleitungskabels 14 so gekoppelt sind, dass
sie zwischen diesen eine Kommunikation der Lichtwellenleiter-Übertragungssignale
ermöglichen.
Das Fernleitungskabel ist mit einer Reihe von Verzweigungseinheiten 16, 18, 20 versehen,
welche in dem Ausführungsbeispiel 3
dargestellt sind. Diese sind als Zubringer der Terminals 22, 24 bzw. 26 gekoppelt
und weisen Eingänge/Ausgänge 28, 30, 32, 34, 36, 38 auf,
die mit jedem Ende der unterschiedlichen Abschnitte des Fernleitungskabels
verbunden sind. Die Verzweigungseinheiten sind so ausgelegt, um
spezielle Signalwellenlängen
auf den zugehörigen
Zubringerterminalanschluss durch Wellenlängenmultiplex (WDM) umzuleiten,
und um diese Signalwellenlängen
auf das Fernleitungskabel für
die Weiterleitungsübertragung auf
dem Fernleitungskabel zuzuführen.
Es kann ersehen werden, dass die Linien, welche die Verzweigungseinheiten
mit den Zubringerterminals verbinden, gestrichelt dargestellt sind,
um lediglich die Kabel mit Lichtwellenleiter herauszustellen, wogegen das
Fernleitungskabel 14 mit einer glatten Linie gezeigt wird,
um die Kabel zu kennzeichnen, welche sowohl Lichtwellenleiter als
auch Stromleiter enthalten, die wiederum für die Bereitstellung der Stromzufuhr an
die Verzweigungseinheiten dienen, damit die enthaltenen Schaltungsbauteile
in Betrieb kommen. Systeme dieser Art sind durch die Steuerung der
Basisstationen 10 und 12 bedienbar, von denen
die Stromversorgung bereitgestellt werden kann. Die Zubringerterminals
sind untergeordnet und können
die Stromversorgung auf dem System nicht steuern. Es kann arrangiert
werden, dass ein Zubringerterminal anhand von Überwachungssignalen nicht mehr
funktionsfähig
ist, die von der Verzweigungseinheit einer Basisstation erfolgen.
Ein Problem ist, das bei bereits existierenden Verzweigungseinheitssystemen
entsteht, wenn ein Fehler oder Zusammenbruch in dem Fernleitungskabel
auftritt, dass es notwendig wird, die Stromversorgung von beiden
Enden des Fernleitungskabels zu trennen, und das gesamte System während einer
durchzuführenden
Reparatur außer Betrieb
zu setzen.
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Unter Bezug auf 2 wird ein Verzweigungseinheits-Schaltkreis 8 dargestellt,
welcher es einem Kabelabschnitt mit einem Fehler oder Zusammenbruch
möglich
macht, von der Stromversorgung getrennt zu werden, während der
Betrieb des Systems auf den beiden angrenzenden Seiten des Zusammenbruchs
noch aufrechterhalten werden kann. Der Schaltkreis umfasst eine
Steuerungsstromkreiseinheit 40, die an zwei Stromversorgungsleitungen 42, 44 gekoppelt
sind, und weist einen Eingang 46 auf, der an einen der
Lichtwellenleiter im Fernleitungskabel angeschlossen ist. Die Steuerungsstromkreiseinheit
reagiert auf ein voreingestelltes Überwachungssignal, das auf
dem Fernleitungskabel von einer der Basisstationen erfolgt. Ein
diesbezügliches Überwachungssignal
kann ein 150 KHz AM-Modulationsträgersignal sein, das für jede Verzweigungseinheit
einen unterschiedlichen Spezialdigitalcode bereitstellt. Die Steuerungsstromkreiseinheit
hat einen Ausgang 48, der an die Basiselektrode eines NPN-Transistors 50 gekoppelt
ist. Die Emissionselektrode des Transistors ist an die Stromversorgungsleitung 44 gekoppelt,
wogegen die Kollektorstromelektrode über eine Relaisspule 52 an
die andere Stromversorgungsleitung 42 gekoppelt ist. Die Steuerungsstromkreiseinheit
wird von jeder der Basisstationen mit Strom versorgt, der entlang
der elektrischen Leitung auf dem Eingangs-/Ausgangs-Fernleitungskabel
an die nachfolgenden Fernleitungskabel-Abschnitte zur Verfügung gestellt
wird, dargestellt mit Ziffer 54 und 56. Diese
werden an die verschiedenen Arme der Diodenbrücke gekoppelt, wobei die Brücke zwei
Parallelarme mit je einem Diodenpaar 58, 60, 62, 64 aufweist,
die in Anoden- zu Kathoden-Reihenschaltung angeschlossen sind, und
wobei die Arme mit einer Querkopplung von Anode zu Anode und von
Kathode zu Kathode angeschlossen sind und die Stromleitungen 42 und 44 versorgen. Die
Anschlüsse 54 und 56 sind
an die Verbindung zwischen den Dioden eines anderen Armes angeschlossen.
Ein zusätzlicher, ähnlicher
Parallelarm zwischen den Stromversorgungsleitungen 42 und 44 weist
die Dioden 66, 68 auf, welche wiederum in einer
Anoden- zu Kathoden-Reihenschaltung zwischen den Stromversorgungsleitungen 42 und 44 angeschlossen
sind. Die Verbindung zwischen den Dioden 66 und 68 ist über Ruhekontakte 70 des
Relais 52 an die Erdung 72 gekoppelt, welche im
Falle eines Unterwassersystems eine Seeerdung ist. Eine Zenerdiode 74 ist
zwischen den Stromversorgungsleitungen 42 und 44 zur
Regulierung der an die Steuerungsstromkreiseinheit gelieferten Spannung
angeschlossen.
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Wenn wir die Benutzung der Verzweigungseinheiten
in Betracht ziehen, die wie in 2 ausgestattet
sind, und in der Anordnung von 1 anwenden,
ergibt sich folgendes: Wenn die erste Verzweigungseinheit 16 eine
Spannung auf dem Fernleitungskabel von der Basisstation 10 empfängt, existiert
ein Eingang/Ausgang 54 eines Stromweges zwischen diesen
Enden durch die Brückenschaltung
an die Seeerdung 70, und eine Spannung wird in den Stromversorgungsleitungen 42, 44 zur
Energieversorgung der Steuerungsstromkreiseinheit hervorgerufen.
Wenn ein anwendungsspezifisches Überwachungssignal
speziell an die Steuerungsstromkreiseinheit 40 dieser Sicherungseinheit
von der Basisstation 10 gesendet wird, wird dieses von
der Steuerungsstromkreiseinheit erkannt, welche eine Steuerspannung
an den Transistor 50 liefert, was den Transistor veranlasst,
die Relaisspule durchzuschalten und mit Energie zu versorgen, was
wiederum die Relaiskontakte 70 aktiviert, und es dem Strom
möglich macht,
durch den Eingang/Ausgang 56 an den nächsten Abschnitt des Fernleitungskabels
auszuströmen
und die nächste
Verzweigungseinheit 18 mit Energie aufzuladen, die dann
durch Erkennen eines anderen, anwendungsspezifischen Überwachungssignals,
das von der Basisstation gesendet wird, ähnlich gesteuert werden kann.
Diese Schaltungsaktion kann mit den nachfolgenden Verzweigungseinheiten entlang
des Fernleitungskabels so lange wiederholt werden, bis sämtliche
Einheiten aktiviert sind. Es ist selbstverständlich, dass eine ähnliche
Aktivierung in umgekehrter Reihenfolge möglich ist, indem eine Energieleistung
und Überwachungssignale
von der Basisstation 12 am anderen Ende des Fernleitungskabels
zur Verfügung
gestellt werden.
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Die Steuerungsstromkreiseinheit 40 kann eine
monostabile Funktion aufweisen, wobei lediglich das Steuerungssignal
aufrechterhalten wird, wogegen deren anwendungsspezifisches Überwachungssignal
kontinuierlich oder regelmäßig übertragen wird,
oder es kann so bistabil sein, dass es eingeschaltet bleibt, sobald
das Überwachungssignal übertragen
worden ist. Das Relais kann optional ein zweites Kontaktpaar 76 aufweisen,
das im Ruhestromzustand verbleibt, wenn das Relais mit Energie versorgt
wird, so dass die Relaisspule sich selbst aus den Leitungen 42, 44 mit
Strom versorgt, sobald diese aktiviert sind, wodurch ein selbsttätiges Stromstoßrelais
ausgebildet wird, welches lediglich ausgelöst wird, wenn dem Fernleitungskabel
die Stromversorgung genommen wird.
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Die Zeichnungen 3a bis 3e veranschaulichen das Anschalten der
Energieversorgung des Systems aus der Richtung von der Basisstation 10. 3a zeigt das energielose System, in dem
die Relaiskontakte 70 in jeder Basisstation sich im Ruhezustand
befinden, um damit einen Stromweg an die Erdung 72 zu gewährleisten.
Die Energiezufuhr wird an der Basisstation 10 eingeschaltet
und der Strom fließt von
der Erdung in die erste Verzweigungseinheit 16 an die Basisstation 10,
wie mit der dunklen Linie in 3b aufgezeigt
wird. Das anwendungsspezifische Überwachungssignal
für die
Verzweigungseinheit 16 wird daraufhin gesendet, und das
Relais wird aktiviert, welches die Erdung in der Verzweigungseinheit 16 abtrennt,
und der Strom kann von der Erdung in die Verzweigungseinheit 18 passieren,
um den mit der dunklen Linie in 3c dargestellten
Stromfluss zur Verfügung
zu stellen. Schließlich
wird, wenn das anwendungsspezifische Überwachungssignal für die Verzweigungseinheit 20 nun
gesendet wird, die Erdung von der Verzweigungseinheit 20 abgetrennt, und
der Strom fließt
zwischen den Basisstationen 10 und 12, wie die
dunkle Linie in 3e aufzeigt.
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Der Fall eines Fehlers oder Zusammenbruchs
in dem Fernleitungskabel wird beispielsweise in den Verzweigungseinheiten 18 und 20 nachgewiesen.
Dann ist es möglich,
die Verzweigungseinheiten 16 und 18 von der Basisstation 10 und
die Verzweigungseinheit 20 von der Basisstation 12 mit
Strom zu versorgen. Dabei werden auf diesem Weg die Fernleitungskabel-Abschnitte
zwischen den Verzweigungseinheiten 18 und 20 von
der Stromversorgung abgetrennt und können repariert werden, während der Übertragungsverkehr
auf der einzelnen Seite des Zusammenbruchs oder des Fehlers aufrechterhalten werden
kann.
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Obzwar das Ausführungsbeispiel die Anwendung
der Detektion eines anwendungsspezifischen Lichtwellenleitersignals
zur Aktivierung der Steuerungsstromkreiseinheit 40 beschreibt,
wird ebenso in Betracht gezogen, dass eine alternative Einrichtungsanordnung
ein anwendungsspezifisches Elektrosignal anwenden könnte, das
auf der Stromversorgungsleitung von den Basisstationen bereitgestellt wird.
Dies könnte
ein Niedrigfrequenzmodulations- oder ein Impulssignal sein.
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Ausgestaltungen, welche diese Alternative anwenden,
fallen unter den Schutzumfang dieser Erfindung.
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Die beschriebene Ausgestaltung weist
eine Reihe von speziellen Vorteilen auf:
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Irgendeine Anzahl von Verzweigungseinheiten kann in einem Multi-Zubringersystem-Design
angewendet werden.
- (2) In dem bevorzugten System können die Relais nicht mit Energie
entladen werden, außer
durch Abtrennen der Stromversorgung vom System. Dies ist ein wichtiger
Sicherheitsfaktor, da eine derartige Aktion dem Relais Schaden zufügen könnte auf
Grund einer exzessiven Stromentladung vom Kabel.
- (3) Die Verzweigungseinheit ist bidirektional.
- (4) Zubringerstationen können
den Betrieb der Verzweigungseinheit nicht durcheinander bringen und
das System gefährden/sabotieren.