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Gebiet der Erfindung
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Die vorliegende Erfindung betrifft
die Strukturierung digitaler Daten, die in beiden Richtungen eines passiven
optischen Netzwerks (PON) in einem PON-Breitbandzugangssystem übertragen
werden, das in der Richtung Teilnehmer-Vermittlungsstelle betrieben
wird und Zeitvielfachzugriff (Time Division Multiple Access, kurz
TDMA) aufweist, um eine besonders effiziente Übertragung digitaler Datenflüsse zu ermöglichen,
die mit unterschiedlichen Typen von Diensten verknüpft sind.
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Allgemein können die verschiedenen Typen
von Diensten in zwei Klassen eingeteilt werden:
- – Breitbanddienste,
die mittels standardmäßiger asynchroner
Mechanismen übertragen
werden (ATM-Pakete von 53 Bytes, "Zellen" genannt)
- – Schmalbanddienste,
die mittels synchroner Verfahren (SDH) übertragen werden
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Das Zugangsnetz wird gewöhnlich mit
einer oder mehreren Verbindungsschnittstellen (vom V-Type) an der
Vermittlungsstelle und verschiedenen Arten von Schnittstellen (vom
S-Typ) für
die Endgeräte
der Teilnehmer assoziiert, die im Allgemeinen an Geräte angeschlossen
sind, die in der Nähe
der Teilnehmer angebracht sind.
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Die Geräte, die für den oben erwähnten Zweck
im Zugangsnetz verwendet werden und das sogenannte PON-Zugriffssystem
bilden, werden durch einen Leitungsabschluss (Optischer Leitungsabschluss
oder OLT [Optical Line Termination]), der im Allgemeinen in der
Nähe einer
Vermittlungssstelle installiert oder angeordnet ist, und durch eine
Vielzahl von Netzwerk-Einheiten (Optische Netzwerk-Einheit oder ONU
[Optical Network Unit]), die normalerweise in der Nähe der Teilnehmer
angeordnet sind und mit dem OLT über
ein passives optisches Netzwerk entsprechend einem Schema wie dem
in 1 dargestellten verbunden
sind, repräsentiert.
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Das passive optische Netzwerk, welches
die sogenannte Zugangsnetz-Infrastruktur bildet, weist eine typische
Baumstruktur auf, das heißt
Punkt zu Mehrpunkt, wobei die Wurzel mit dem OLT verbunden ist und die
Endzweige jeweils mit einer ONU verbunden sind, und welche aus Abschnitten
von Lichtwellenleitern besteht, die mit passiven optischen Bauelementen
untereinander verbunden sind, welche "Splitter/Combiner" genannt werden und es ermöglichen,
an ihren Eingängen
anliegende optische Signale über
die Ausgänge
aufzuspalten oder wieder zu kombinieren.
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Die Erfindung findet allgemein in
digitalen Telekommunikationsnetzen Anwendung, und insbesondere im
Rahmen von Digitalnetzen für
integrierte Breitbanddienste, das heißt bei hoher Übertragungsgeschwindigkeit,
die auf der Verwendung des ATM-Übertragungsverfahrens
beruhen und kurz mit B-ISDN bezeichnet werden.
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Insbesondere betrifft die Erfindung
ein über
PON-Breitband-Zugangssysteme
realisiertes Strukturierungs- und Transportverfahren von Transportcontainern,
die im Rahmen von Übertragungssystemen
mit Synchroner Digitaler Hierarchie (SDH) definiert sind, zur Übertragung
von digitalen Daten, welche mit Telefonverbindungen oder integrierten
Schmalbanddiensten verknüpft
sind.
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Für
den Transport von digitalen Multimedia-Diensten im B-ISDN-Netz ist die Verwendung
des Paketübertragungs-
und Vermittlungsformats ATM (Asynchronous Transfer Mode [Asynchroner Übertragungsmodus])
festgelegt, dessen Datenflüsse,
die das Netz durchqueren, in Informationsblöcke unterteilt sind, die eine begrenzte
und konstante Länge
haben und von denen jeder von einem Paket oder einer Zelle getragen
wird, die 53 Bytes umfasst, von denen 48 Bytes die sogenannte Nutzlast
jeder Zelle repräsentieren,
die für
die Übertragung
der oben erwähnten
Datenblöcke
bestimmt ist, während
die ersten fünf
Bytes, die allgemein als ein erster Zellenabschnitt dargestellt
werden, welcher "Header" genannt wird, den
Informationsfluss kennzeichnen, zu dem die Zelle gehört (anders
ausgedrückt,
die Zieladresse der Daten, die im Nutzlastabschnitt der Zelle transportiert
werden).
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Um die Kosten des PON-Zugangssystems
zu minimieren und die Leistungsfähigkeit
im Hinblick auf Jitter (Synchronisations-Phasenrauschen) zu optimieren, ist es
günstig,
wenn die Übertragungsgeschwindigkeit
in der Abwärtsrichtung,
oder von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer, gleich der Übertragungsgeschwindigkeit
der Übertragungssysteme
der Synchronen Digitalen Hierarchie (SDH) und folglich gleich einem Vielfachen
von 155,52 MHz ist.
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Um die effiziente Übertragung
neuer Multimediadienste wie zum Beispiel von interaktivem Fernsehen sicherzustellen,
deren charakteristische Merkmale eine Kapazität oder ein digitales Band in
der Richtung von der Vermittlungsstelle zum Teilnehmer (Abwärtsrichtung) – in welcher
das digitale Audio-Video-Signal übertragen
wird – aufweisen,
die erheblich größer ist
als in der entgegengesetzten Richtung (aufwärts) – in dieser entgegengesetzten
Richtung müssen
in der Tat nur Steuersignale von Teilnehmern übertragen werden –, müssen PON-Zugangssysteme
in Abwärtsrichtung
eine höhere Übertragungskapazität aufweisen
als in der entgegengesetzten Richtung.
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Die Übertragungskapazität in Abwärtsrichtung
muss die Unterstützung
von digitalen Datenflüssen, welche
mit Multimediadiensten verknüpft
sind, für
eine Anzahl von Teilnehmern gewährleisten,
die es ermöglicht,
dass die Kosten der optoelektronischen Bauelemente, die für die optische Übertragung
auf dem PON-Netzwerk notwendigerweise verwendet werden müssen, annehmbar
werden; es wurde ermittelt, dass die besagte Anzahl wenigstens 500
Teilnehmer beträgt.
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Um wenigstens 500 Teilnehmer ausreichend
zufrieden zu stellen, ergibt sich daraus, ausgehend von typischen
Dienste- und Verkehrsprofilen, dass die Nettokapazität in der
Abwärtsrichtung
wenigstens gleich der Kapazität
der Ebene 4 der SDH-Hierarchie sein muss, welche 599,04 Mb/s beträgt.
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In der Aufwärtsrichtung kann die Nettokapazität niedriger
sein, muss jedoch wenigstens gleich einem Viertel der Kapazität in Abwärtsrichtung
sein, um die Übertragung
von symmetrischen Datenflüssen,
welche mit Schmalbanddiensten verknüpft sind, und in der Zukunft
die Übertragung
von bidirektionalen Multimedia-Kommunikationen
sicherzustellen.
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Zusätzliche Anforderungen, die
erfüllt
werden müssen,
ergeben sich aus den Merkmalen des TDMA-Protokolls, das in dem PON-System
verwendet wird: Hier erreicht dasselbe optische Signal, das vom
Leitungsabschluss OLT gesendet wird, über das PON alle Netzwerk-Einheiten ONU, während in
der entgegengesetzten Richtung optische Signale, die von den einzelnen
ONU gesendet werden, sich auf dem PON vereinigen, um ein einziges
optisches Signal zu bilden, das vom OLT empfangen wird.
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Bei Verwendung des TDMA-Protokolls
wird die Übertragung,
die von den einzelnen Einheiten des ONU-Netzwerks durchgeführt wird,
nur in wohldefinierten Zeitintervallen zugelassen, um zu vermeiden,
dass sich zu einem gegebenen Zeitpunkt Signale, die von zwei oder
mehreren verschiedenen ONUs kommen, überlappen (und daher einander
annullieren) können.
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Die die Freigabe bewirkende Übertragungssteuerung,
oder Permit, in jedem "Slot" genannten Zeitintervall
wird vom OLT erzeugt und an alle ONUs gesendet; die Struktur des
vom OLT gesendeten digitalen Signals muss es daher ermöglichen,
in jedem Slot der Abwärts-Übertragungsstruktur
das besagte "Permit" zu transportieren.
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In der Aufwärtsrichtung (von den ONUs zum
OLT) besteht das Signal, welches der OLT empfängt, aus einer Folge von jeweils
mit einem Slot zusammenfallenden Signalen, die von unterschiedlichen
ONUs kommen. Das einem gegebenen Slot entsprechende Signal, das "Burst" genannt wird, kann
eine Länge
aufweisen, die sich von der des vorhergehenden und von der des nachfolgenden
Signals unterscheidet, und auch seine Bitphase kann eine andere
sein, einfach aufgrund der Tatsache, dass jeder Burst, der möglicherweise
von einer anderen ONU erzeugt wurde wie der vorhergehende Burst
oder wie der nachfolgende Burst, einem anderen Weg entlang des PON
folgt; der Mechanismus zur Kompensation von Verzögerungen, der "Ranging" genannt wird, ist
in der Lage zu bewirken, dass jeder Burst mit einer gegebenen Genauigkeit
in den Slot fällt,
doch die besagte Genauigkeit liegt lediglich im Bereich von einigen
Bit. Bei einem PON-Breitbandzugangssystem, bei dem die Bitperiode
nicht größer als
5 Nanosekunden ist, ist es nicht möglich, die Phasenkontinuität auf Bit-Ebene
zwischen einem Burst und dem nachfolgenden für die betrachtete Bitperiode
zu gewährleisten.
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Aufgrund des Obengesagten ergibt
sich eine Phasen-Diskontinuität zwischen
einem Burst und dem nachfolgenden. Daher muss der OLT-Empfänger in
der Lage sein, jeden Burst korrekt wiederherzustellen, indem er
ihn auf eine geeignete Weise verstärkt und die richtige Bit-Abtastphase
(oder Bit-Taktphase) für
jeden Burst verwendet. Diese beiden Schritte, die Wiederherstellung
der Amplitude und der Abtastphase, erfordern aufgrund der Diskontinuität zwischen
zwei Bursts eine gegebene Zeit von einigen -zig Bits zwischen einem Burst
und dem nachfolgenden; die Struktur der Aufwärts-Übertragung muss für jeden
Slot so beschaffen sein, dass dem "Nutzlast" genannten Feld, das für die Übertragung
der nützlichen
Daten bestimmt ist, eine ausreichende Anzahl von Bits, die im Allgemeinen "Präambel" genannt werden,
vorangeht, um die korrekte Ausführung
der beiden oben erwähnten
Schritte zu ermöglichen,
denen ein weiteres, "Guard" genanntes Feld vorangestellt
werden muss, während
dem die Übertragung
von jeder beliebigen ONU gesperrt ist, um zu verhindern, dass sich
das Ende der Übertragung
einer gegebenen ONU infolge der Ungenauigkeit der zeitlichen Abstimmung
der verschiedenen ONUs mit dem Beginn der Übertragung einer anderen ONU überlappt.
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Eine zusätzliche Anforderung ergibt
sich aus dem Bedarf der Telekommunikationsnetzbetreiber, wenn sie
PON-Breitbandzugangssysteme
im Rahmen der Verkabelung von Wohngebieten oder Gewerbegebieten verwenden
möchten.
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Um die Betriebs- und Instandhaltungskosten
zu minimieren, ist es in dieser Phase wesentlich, dass die neue
Infrastruktur und das neue Breitbandzugangssystem durch die neuen
Multimedia-Dienste, für
welche die Unterstützung
des asynchronen ATM-Formats erforderlich ist, und die traditionelleren
Schmalbanddienste (von denen die Fernsprechdienste die am meisten
verbreiteten sind), die normalerweise über synchrone digitale Datenflüsse zu den
Schnittstellen herkömmlicher
Vermittlungsknoten (N-LEX) transportiert werden, gemeinsam genutzt
werden. Anders ausgedrückt,
es entsteht die Notwendigkeit, Verfahren zu definieren, welche die Übertragung
sowohl von synchronen Datenflüssen
als auch von ATM-Datenflüssen über ein
und dasselbe System ermöglichen,
das auf der neuen optischen Infrastruktur (PON) des Zugangsnetzes
betrieben wird.
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Stand der
Technik
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Eine erste Möglichkeit, synchrone Datenflüsse über ein Übertragungssystem
zu transportieren, wenn dieses letztere allein auf dem ATM-Format
beruht, besteht darin, die für
Schmalbanddienste bestimmten Datenflüsse, die normalerweise für die Schnittstellen
von herkömmlichen
Vermittlungsknoten als digitale Signale mit einer Nenn-Übertragungsgeschwindigkeit
von 2048 Kb/s strukturiert sind, in ATM-Datenflüssen entsprechend der ITU-T
Empfehlung G.704 zu konvertieren, wenn die Schnittstellen vom plesiochronen
Typ (PDH) sind, oder als Tributary-Transportmodule TU-12, die der ITU-T
Empfehlung G.784 genügen,
wenn die Schnittstellen vom synchronen Typ (SDH) sind, und zwar
mittels des unter der Bezeichnung "ATM-Anpassungsschicht 1" (AAL1) bekannten
Anpassungsverfahrens, das in der ITU-T Empfehlung I.371 definiert
ist.
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Siehe hierzu die auf den Namen desselben
Anmelders lautende Europäische
Patentschrift Nr.
EP 757.503 ,
in der eine bevorzugte Ausführungsform
des oben erwähnten
Anpassungsverfahrens AAL 1 beschrieben wird.
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Die Anpassungsfunktion wird von den
sogenannten Interworking-Einheiten
(Inter-Working Units, IWU) gebildet, welche es ermöglichen,
synchrone oder plesiochrone Vermittlungs- oder Übertragungssysteme mit ATM-basierenden
Breitbandvermittlungssystemen oder -übertragungssystemen zu verbinden.
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Eine zweite Möglichkeit, synchrone Datenflüsse mittels
eines Übertragungssystems
zu transportieren, wenn dieses allein auf der ATM-Technologie basiert,
besteht in der Anwendung der Lehren der auf den Namen desselben
Anmelders lautenden Europäischen
Patentschrift Nr.
EP 651.924 ,
in der eine Cellizator/Decellizator-Einheit beschrieben wird, das heißt, eine
Einheit, die in der Lage ist, synchrone Datenflüsse in einen mittels ATM-Zellen
strukturierten Verkehr umzuwandeln und umgekehrt.
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2 zeigt
die Referenzkonfiguration eines PON-Breitbandzugangssystem und dessen Verbindungen
zur Schmalband-Ortsvermittlungsstelle
(N-LEX) und den Schmalband-Endgeräten (N-TE), wenn die Übertragungsstruktur des PON-Systems
nur den Transport von ATM-Zellen ermöglicht; es ist offensichtlich
erforderlich, eine IWU zwischen dem Breitband-Vermittlungsknoten
(B-LEX), an den der OLT angeschlossen ist, und dem Schmalband-Vermittlungsknoten
(N-LEX) zu verwenden, und ebenso zwischen den ONUs und den Schmalband-Endgeräten (N-TE);
auf der Seite der ONUs ist als weitere Alternative für die Umwandlung
des ATM-Datenflusses in ein Schmalbandsignal und umgekehrt die Möglichkeit
angegeben, eine NT2-Einheit zu verwenden. Diese Alternative ändert jedoch
nicht die Ergebnisse der Lösung,
was die Kosten anbelangt, wobei hier die mit der Lösung verbunden
zusätzlichen
Kosten auf den Teilnehmer verlagert werden, welcher die NT2-Einheit
kaufen muss.
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Andererseits ist in 3 die Lösung dargestellt, deren Realisierung
beabsichtigt ist. Aus der Abbildung ist ersichtlich, dass der OLT über geeignete
Schnittstellen sowohl mit dem Breitband-Vermittlungsknoten als auch
mit dem herkömmlichen
Vermittlungsknoten direkt verbunden ist, ebenso wie die ONU mit
Breitband-Endgeräten
und Schmalband-Endgeräten
direkt verbunden ist. Auf diese Weise werden die Kosten und die
zusätzlichen
Betriebs- und Wartungsgebühren,
die mit den Interworking-Einheiten zusammenhängen, vollständig vermieden.
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Dies ist unbeschadet der Tatsache
möglich,
dass das PON-Breitbandzugangssystem,
abgesehen von die Abrechnung betreffenden Überlegungen für die beiden
Arten des Verkehrs, Breitband- und Schmalband-ATM, stets in der
Lage sein muss, eine maximale Flexibilität und Effizienz zu gewährleisten,
indem es die erforderliche Qualität des Dienstes sicherstellt,
ohne dass zusätzliche
und komplexe ergänzende
Funktionen in Anspruch genommen werden.
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Die Firma Northern Telecom stellte
auf dem "Europäischen Workshop über die
Entwicklung und Implementierung von ATM" im Mai 1993 eine Transportstruktur
(Organisation digitaler Daten, die über ein PON übertragen
werden sollen) auf der Basis eines Rahmens (Frame) von 125 μs vor, der
in eine Anzahl von Zeit-"Slots" mit variabler Länge unterteilt
ist, die für
den synchronen Verkehr bestimmt sind, gefolgt von einer verbleibenden
Anzahl von für
den Transport von ATM-Zellen (mit jeweils 53 Bytes) geeigneten Slots
mit fester Länge,
die für
ATM-Datenflüsse
bestimmt sind, welche mit Breitbanddiensten verknüpft sind.
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Diese Transportstruktur ist in sich
selbst nur wenig flexibel, und es treten dabei Probleme auf, die
durch die unvermeidliche "Clusterisierung" des ATM-Verkehrs
hervorgerufen werden, oder durch die Gruppierung von ATM-Datenflüssen in
einem schmalen Abschnitt der Transportstruktur.
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Die Erscheinung der Clusterisierung
ruft eine Verzerrung des ATM-Verkehrs hervor, die im Allgemeinen
anhand der Zellenverzögerungsschwankung
(Änderung
der Übertragungsverzögerung der
Zelle gegenüber
der Verzögerung,
die bei anderen vorausgehenden oder nachfolgenden Zellen auftrat,
die zu derselben Verbindung oder demselben ATM-Datenfluss gehören) gemessen
wird, und daher verschlechtert sie die Qualität des Dienstes, so wie dieser
vom Endteilnehmer wahrgenommen wird, das heißt, wie er am Teilnehmerendgerät empfangen
wird.
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Weitere Vorschläge zur Transportstruktur entstanden
während
des Forschungsprojekts RACE 2024 BAF, das in dem bei Wileys & Sons Ltd erschienenen
Buch "Access to
B-ISDN via Passive Optical Networks" (Zugang zu B-ISDN über passive optische Netzwerke)
beschrieben wird. Diese Vorschläge
weisen Merkmale auf, die es nicht gestatten, die oben erwähnten Anforderungen
in ihrer Gesamtheit zu erfüllen:
Der erste ermöglicht
nicht den Transport von synchronen Datenflüssen hinsichtlich der Bedingungen
der Nettokapazität (höher als
wenigstens 599.04 Mb/s) und die weiter oben angegebene Leitungsgeschwindigkeit
(Vielfaches von 155,52 Mb/s), da er auf einer Struktur beruht, welche
eine Slot-Struktur, die aus einer Präambel von 3 Byte und einem
Nutzdatenfeld von 53 Byte besteht, für die Übertragung in beiden Richtungen
vorsieht, die für
den Transport von ATM-Zellen bestimmt ist. Wenn die Leitungsgeschwindigkeit
gleich einem Vielfachen von 155,52 Mb/s und insbesondere gleich
622,08 Mb/s ist, der Leitungsgeschwindigkeit der Ebene 4 der SDH-Hierarchie,
ist die Nettokapazität
gleich 53/56 (Verhältnis
zwischen dem Nutzdatenfeld und der kompletten Struktur) der Leitungsgeschwindigkeit,
das heißt,
gleich 588,75 Mb/s, einem Wert, der niedriger als 599,04 Mb/s ist,
welches die Kapazität
ist, die, wie oben angegeben, notwendig ist, um die Unterstützung einer
ausreichenden Anzahl von Teilnehmern zu gewährleisten. Außerdem kann
ein beliebiges ganzzahliges Vielfaches der Dauer eines 56-Byte-Slots,
welche 720 ns beträgt,
nicht exakt mit einem Zeitintervall von 125 Mikrosekunden übereinstimmen,
und daher kann die vorgeschlagene Struktur die erforderlichen Synchronismen
für die Übertragung
des synchronen Verkehrs nicht gut transportieren.
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In der Arbeit von G. VAN DER PLAS
ET AL: "ATM over
passive optical networks: system design and demonstration" (ATM über passive
optische Netzwerke: Systemkonzept und -demonstration), FIBER NETWORKS
FOR VOICE, VIDEO & MULTIMEDIA
SERVICE PROCEEDINGS, 1992, BOSTON, MA, Bd. 1786, 1992, Seiten 48–57, XP000444626,
nach welcher der Oberbegriff des Hauptanspruchs ausgearbeitet wurde, wird
ein ATM-basierendes PON-System offenbart.
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Die Punkt-zu-Mehrpunkt-Konfiguration
des PON erfordert Multiplex- und Mehrfachzugriff-Verfahren, um für jeden
der angeschlossenen Teilnehmer eine ordnungsgemäße Kommunikation zu gewährleisten.
In der Abwärtsrichtung
ist ein auf ATM-Zellen basierendes TDM (Time Division Multiplexing
[Zeitmultiplexverfahren]) implementiert, während in der Aufwärtsrichtung
ein TDMA-Protokoll (Time Division Multiple Access [Zeitvielfachzugriff])
den Zugang der Teilnehmer zum Netz steuert.
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Die Rahmenstruktur ist so beschaffen,
dass sie eine ganze Anzahl N von Slots enthält, so dass stets eine Eins-zu-Eins-Beziehung zwischen
jedem Slot, welcher Bestandteil der Abwärts-Rahmenstruktur ist, und jedem Slot,
welcher Bestandteil der Aufwärts-Rahmenstruktur
ist, gültig
ist.
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In der Abwärtsrichtung enthält jeder
Slot eine vorgegebene Anzahl von Informationsblöcken, von denen jeder aus einem
Nutzdatenfeld und einem Hilfsfeld besteht.
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In der Aufwärtsrichtung besteht jeder Slot
aus einem Guard-Feld,
einem Präambel-Feld
und einem Nutzdatenfeld, wobei die Übertragungsgeschwindigkeit
in der Aufwärtsrichtung
im Wesentlichen gleich der Leitungsgeschwindigkeit in Abwärtsrichtung
ist, oder gleich einem Wert, von dem diese ein ganzzahliges Vielfaches
ist.
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Trotzdem wird in den oben erwähnten PROCEEDINGS
weder eine Mehrfachrahmen-Struktur noch die Vereinigung unterschiedlicher
Typen des Verkehrs, d. h. von sowohl Breitband- als auch Schmalband-Kommunikation
auf dem ATM-PON-System, offenbart.
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Aufgabe der
Erfindung
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Die Hauptaufgabe der Erfindung besteht
darin, ein Verfahren zur Strukturierung der digitalen Daten bereitzustellen,
die in beiden Richtungen eines passiven optischen Netzwerks (PON) übertragen
werden, so dass die Notwendigkeit entfällt, IWU-Einheiten an den Enden
des PON-Breitbandzugangssystems zu verwenden, und welches entweder
aus Lösungen
besteht, die für
die Implementierung des besagten Anpassungsverfahrens AAL1 geeignet
sind, oder aus der besagten Cellizator/Decellizator-Einheit besteht.
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Eine weitere Aufgabe besteht darin,
die Optimierung der Effizienz der Übertragung von ATM-Zellen zu ermöglichen,
indem Erscheinungen vermieden werden, die durch die "Clusterisierung" das ATM-Verkehrs
hervorgerufen werden, und indem eine Kapazität erreicht wird, die für die Anzahl
der Teilnehmer, die man zufrieden stellen möchte, ausreichend ist, unter
Verwendung eines Vielfachen von 155,52 Mb/s als Leitungsgeschwindigkeit.
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Zusammenfassung der Erfindung
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Die besagten Aufgaben und Vorteile
werden gelöst
bzw. erreicht durch das Verfahren der vorliegenden Erfindung zur
Strukturierung:
- – erster digitaler Daten, die
zu Breitband-Quellen gehören
und in Paketen aus einer festen Anzahl von Bytes formatiert sind,
von denen ein erster Teil dazu bestimmt ist, eine Zielinformation für ein System
des asynchronen Übertragungsmodus
zu enthalten (Breitband-ISDN);
- – zweiter
digitaler Daten, die zu Schmalband-Quellen gehören und in Tributary-Transportmodulen
(TU-12 oder TU-11) der ersten Ebene vom Typ der SDH (Synchrone Digitale
Hierarchie) formatiert sind,
wobei die gleichzeitige Übertragung
der besagten ersten und zweiten digitalen Daten über ein und dasselbe PON-Breitbandzugangssystem
angefordert wird, welches aus einem Optischen Leitungsabschluss
oder OLT und aus einer Vielzahl von Optischen Netzwerk-Einheiten
oder ONU besteht, im Wesentlichen wie in Anspruch 1 offenbart ist.
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Anders ausgedrückt, das erfindungsgemäße Verfahren
besteht darin, wie in 4 dargestellt,
eine Struktur aus Grundrahmen mit einer Nenndauer von genau 125
Mikrosekunden und einem Mehrfachrahmen, der aus einer gegebenen
Anzahl k, die ein Vielfaches von Vier ist, von Grundrahmen besteht,
zu definieren, welche sowohl die Übertragung in Abwärtsrichtung
betrifft, das heißt,
die optische Übertragung
im "Punkt-zu-Mehrpunkt"-Betrieb über das
passive optische Netzwerk (PON) vom Optischen Leitungsabschluss (OLT)
zu einer Vielzahl von Optischen Netzwerk-Einheiten (ONU) (symbolisch den Datenfluss
OLT→ONU)
, als auch die Übertragung
in Aufwärtsrichtung,
das heißt,
die Übertragung
in der entgegengesetzten Richtung, auf der Basis eines TDMA-Protokolls.
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Jeder Grundrahmen besteht genau aus
einer ganzen Anzahl N von Zeit-Slots, von denen jeder seinerseits
aus einer ganzen Anzahl m, die möglicherweise
nicht größer als
vier ist, von Grundblöcken
besteht, wie in 5 dargestellt
ist, wo m = 3 angenommen wurde.
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Der Grundblock besteht seinerseits
aus einem 53 Bytes umfassenden Nutzdatenfeld und einem von einem
einzigen Byte gebildeten Hilfsfeld.
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Auf diese Weise ergibt sich die Gesamtzahl
der Bytes, die in einem Rahmen enthalten sind, aus der folgenden
Formel: NTOT = N*m*54 (1)
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Wenn man eine Leitungsgeschwindigkeit
von 622,080 Mb/s betrachtet, das heißt, auf Ebene 4 der Hierarchie
SDH (4 × 155,52 Mb/s),
so ergibt sich die Anzahl NTOT aus der folgenden Gleichung:
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Setzt man in (1) den Wert 9720 ein,
wenn m = 3 ist, so ergibt sich, dass N, also die Anzahl der in einem Rahmen
enthaltenen Slots, gleich 60 ist.
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Diese originelle Herangehensweise
der Erfindung ermöglicht
es, handelsübliche
Bauelemente, die leicht auf dem Markt beschafft werden können, für die Erzeugung
von Leitungsgeschwindigkeiten zu verwenden, da sie für Standard-Leitungsgeschwindigkeiten
der Hierarchie SDH entwickelt wurden.
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Wenn man weiterhin dieselben Werte
betrachtet, die bisher verwendet wurden, so entspricht bei Verwendung
der vorgeschlagenen Transportstruktur die Leitungsgeschwindigkeit
von 622,08 Mb/s einer Nettokapazität, die durch den folgenden
Ausdruck gegeben ist. Cnet = 622,08 × Nutzdatenfeld/(Nutzdatenfeld
+ Hilfsfeld) = 610,56 Mb/s.
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Die besagte Nettokapazität ist deutlich
größer als
die Nettokapazität
von 599,04 Mb/s, die oben als diejenige angegeben wurde, die notwendig
ist, um die von dem System unterstützte Anzahl von Teilnehmern ausreichend
zufrieden zu stellen.
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In jedem Falle kann das 53 Bytes
umfassende Nutzdatenfeld jedes Blockes jedes Slots wahlweise enthalten:
- – eine
ATM-Zelle, oder
- – einen
Tributary-Transportcontainer TU-12, wie in der Empfehlung G7.09
definiert, oder
- – eine
Zelle (im Weiteren F3mp genannt), welche Dienst- und Instandhaltungsdaten
enthält.
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Jeder Rahmen hat eine standardmäßige Dauer
von 125 μs,
und im Unterschied zu den bekannten Herangehensweisen ist er in
eine ganze Anzahl N von Slots mit ein und derselben Länge unterteilt,
innerhalb derer Blöcke
und Felder entsprechend einer voreingestellten und identischen Reihenfolge
für jeden
Slot organisiert sind.
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Der Anfang des Rahmens ist durch
das Vorhandensein einer Zelle F3t im ersten Block des ersten Slots des
Rahmens selbst gekennzeichnet. Diese Zelle ist mit einem speziellen
Header markiert, der sich von dem aller anderen Zellen, welche in
irgendeinem anderen Slot des Rahmens transportiert werden können, unterscheidet.
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Der Anfang jedes Mehrfachrahmens
ist durch das Vorhandensein einer Zelle F3mt im ersten Block des ersten
Slots des ersten Rahmens des Mehrfachrahmens selbst gekennzeichnet.
Diese Zelle ist mit einem speziellen Header markiert, der sich von
dem aller anderen Zellen, welche in irgendeinem anderen Slot des
Rahmens transportiert werden können,
unterscheidet, und der sich von der Zelle F3t unterscheidet.
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Daher ist die Seite, welche die so
strukturierten Daten empfängt,
also jede ONU, in der Lage, den Anfang jedes Rahmens und Mehrfachrahmens
mittels einer Rahmensynchronisierungs-Prozedur zu identifizieren,
welche auf der Erkennung der oben erwähnten Zellen Fit und F3mt beruht,
wodurch sie die Wiederholungsgeschwindigkeit der Rahmen und Mehrfachrahmen
wiederherstellt.
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Diese "globale" Periodizität der Rahmenstruktur der Erfindung
ermöglicht
es, Breitband- (ATM-) Datenflüsse
und Schmalband-Datenflüsse (über Tributary-Transportmodule
TU-12) unter Verwendung desselben PON-Breitbandzugangssystems zu
transportieren, ohne dass es notwendig ist, Schmalband-Datenflüsse innerhalb
von ATM-Datenflüssen
mittels der oben erwähnten
IWU-Einheiten anzupassen.
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Eine andere Möglichkeit, welche die Struktur,
die Gegenstand der Erfindung ist, bietet, besteht darin, Datenflüsse unterschiedlicher
Natur mit maximaler Flexibilität
in das Nutzdatenfeld einzufügen.
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Anders ausgedrückt, jeder der N Slots kann
zum Beispiel im Nutzlast-Teil des Nutzdatenfeldes des ersten Grundblockes
einen Tributary-Transportcontainer TU-12 enthalten, während die
Nutzdatenfelder der anderen Grundblöcke desselben Slots ATM-Zellen
enthalten können,
so dass der Schmalband-Datenfluss, der in diesem Falle durch den
Tributary-Transportcontainer TU-12 repräsentiert wird, innerhalb jedes
Rahmens "verteilt" werden kann, wodurch
eine "Clusterisierung" des besagten Verkehrs
zum Beispiel am Anfang eines jeden Rahmens vermieden wird, mit beträchtlichen
Vorteilen in Gestalt einer Verringerung der Zellenverzögerungsschwankung,
die durch das Vorhandensein der besagten Schmalband-Datenflüsse, die
zwischen den ATM-Zellen eingefügt
sind, verursacht wird.
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Die Periodizität der Transportstruktur, die
durch das Vorhandensein eines Rahmens und eines Mehrfachrahmens
garantiert wird, ermöglicht
es, die TU-12 einzufügen
und zu entfernen, welche in einer periodischen Weise enthalten sind
und mit der 8-kHz-Referenzfrequenz
(deren Periode 125 μs
beträgt)
und mit den Frequenzen, von denen diese ein ganzzahliges Vielfaches
ist, synchron sind, die an die Wiederholungsgeschwindigkeit der
Rahmen und Mehrfachrahmen gebunden sind.
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Natürlich wird sich die Position
jedes Schmalband-Datenflusses, der mittels des besagten Containers TU-12
transportiert wird, in dem Nutzdatenfeld eines der M Blöcke eines
oder mehrerer der N Slots, in welche ein Rahmen unterteilt ist,
aus Gründen
der praktischen Implementierung als repetitiv erweisen, wenn auch
auf der Grundlage eines Prinzips der Indifferenz.
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Die Merkmale der vorliegenden Erfindung,
die als neu betrachtet werden, sind in den beigefügten Ansprüchen im
Einzelnen dargelegt.
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Kurze Beschreibung der
Zeichnungen
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Die Erfindung wird zusammen mit weiteren
Gegenständen
und Vorteilen derselben anhand der nachfolgenden Beschreibung in
Verbindung mit den beigefügten
Zeichnungen verständlich,
wobei:
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1 die
bereits beschrieben wurde, den topologischen Bezugsschaltplan eines
PON-Breitbandzugangssystems zeigt;
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2 die
Vergleichskonfiguration eines PON-Breitbandzugangssystems zeigt, das eine Übertragungsstruktur
aufweist, die nur in der Lage ist, ATM-Datenflüsse zu transportieren;
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3 die
Konfiguration zeigt, die durch die vorliegende Erfindung ermöglicht wird,
das heißt,
wenn die Übertragungsstruktur
in der Lage ist, sowohl ATM-Datenflüsse als auch mit Schmalbanddiensten
verknüpfte
synchrone Datenflüsse
zu transportieren;
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4 die
Transportstruktur zeigt, die auf einem Grundrahmen, einem Mehrfachrahmen
und einer ganzen Zahl N beruht, wenn diese Zahl N gemäß der Erfindung
gleich 60 Slots ist, die im Grundrahmen enthalten sind; dieselbe
Struktur wird für
die Übertragung
in Abwärts-
und Aufwärtsrichtung
verwendet;
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5 die
Zusammensetzung eines Slots in der Transportstruktur in Abwärtsrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt, wenn die Anzahl m der Grundblöcke gleich 3 ist; und
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6 die
Zusammensetzung eines Slots in der Transportstruktur in Aufwärtsrichtung
gemäß der Erfindung
zeigt.
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Ausführliche Beschreibung einer
bevorzugten Ausführungsform
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Unter Bezugnahme auf den bereits
beschriebenen Wirkungsplan von 2,
der eine Vergleichskonfiguration des bekannten Typs eines Breitbandzugangssystems
zeigt, und auf den Wirkungsplan in 3,
der die Vergleichskonfiguration eines Zugangssystems gemäß der vorliegenden
Erfindung zeigt, ist es möglich,
die Unterschiede in der Architektur und die Vorteile, welche das
neue System im Vergleich zum früheren
System bietet, unmittelbar zu beurteilen und im Hinblick auf den
praktischen Nutzen zu charakterisieren.
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In einem System, das auf "Cellization" (Herstellung einer
Zellenstruktur) in der Übertragungsphase und "Decellization" (Auflösung der
Zellenstruktur) in der Phase des Empfangs der Tributary Units beruht,
wie es im Schema von 2 dargestellt
ist, wird ein Informationsfluss, der als ein die Spezifikationen
und internationalen Normen erfüllender
STM-1 Rahmen organisiert ist und zum Beispiel von einer Vermittlungsstelle des öffentlichen
Fernsprechwählnetzes
oder von einem Schmalband-Vermittlungsknoten (N-LEX) kommt, in der "Interworking-Einheit" IWU verarbeitet,
die einen digitalen Datenfluss erzeugt, der in Tributary-Transportmodulen
TU-12 organisiert ist, bei denen eine Zellenstruktur hergestellt
wird, bevor sie zu einer Breitband-Ortsvermittlungsstelle B-LEX übertragen
werden. Von der Breitband-Ortsvermittlungsstelle
B-LEX wird der ausschließlich
aus ATM-Zellen bestehende Informationsfluss über die Breitbandschnittstelle
Vb zur OLT-Einheit gesendet und von dort über das passive optische Netzwerk
PON im Punkt-zu-Mehrpunkt-Betrieb zu den ONU gesendet.
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In der entgegengesetzten Richtung
erkennt die Breitband-Ortsvermittlungsstelle
B-LEX natürlich
die Pakete von in Zellen organisierten Daten (ATM-Zellen), die zum
Schmalbandverkehr gehörende
Daten beinhalten, und sendet die so erkannten besagten Pakete zur
Interworking-Einheit IWU, welche dann die umgekehrte Operation ausführt, das
heißt,
die Auflösung
der Zellenstruktur (Decellization) der formatierten Daten und somit
eine Wiederherstellung von Tributary Units und/oder eine endgültige Wiederherstellung
des Schmalbandsignals, welches zur Ortsvermittlungsstelle N-LEX
gesendet wird.
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Dagegen wird im Falle des erfindungsgemäßen Systems
der asynchrone Breitbandverkehr von ATM-Zellen, der von der Breitband-Ortsvermittlungsstelle
B-LEX kommt, zusammen mit dem in Tributary Units formatierten synchronen
Datenfluss, der direkt von der Schmalband-Ortsvermittlungsstelle
N-LEX kommt, zum OLT übertragen,
die zwei Datenflüsse
werden multiplexiert und vom OLT über das PON zu den ONUs übertragen,
und der synchrone Datenfluss muss nicht zuvor einer Prozedur der
Zellenbildung unterworfen werden.
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In der entgegengesetzten Richtung
werden der Breitband-Datenfluss
(ATM-Zellen) und der Schmalband-Datenfluss (TU-12), die auf ein
und derselben Übertragungsstruktur
multiplexiert sind, vom OLT direkt übertragen, der erstere zur
Breitband-Ortsvermittlungsstelle
B-LEX und der letztere zur Schmalband-Ortsvermittlungsstelle N-LEX, und sogar
in diesem Falle ohne die Notwendigkeit einer Auflösung der
Zellenstruktur (Decellization) des mit Schmalbanddiensten verknüpften Datenflusses.
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Außerdem können auf der Teilnehmerseite
die beiden multiplexierten Datenflüsse, von denen einer mit dem
Breitbandverkehr verknüpft
ist (ATM-Zellen) und der andere mit dem Schmalbandverkehr verknüpft ist (TU-12),
vorzugsweise und auf vorteilhafte Weise auf der Ebene der ONU selbst
ausgesendet werden.
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Der Datenfluss der ATM-Zellen wird
zur Netzabschlusseinrichtung B-NT-1 übertragen und von dort zur Teilnehmereinrichtung
B-NT-2, welche wiederum für
die korrekte Übertragung
des Breitbandverkehrs zu einem der zwei Teilnehmerendgeräte B-TE
sorgt.
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Der übrige Datenverkehr kann auf
der Ebene der ONU direkt zu einer Zugangsnetz-Abschlusseinrichtung
auf der Teilnehmerseite NT übertragen
werden, und von dort über
eine normale Telefonschleife zum Teilnehmerapparat N-TE (zum Beispiel
zum Fernsprechapparat).
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Natürlich könnte die Einrichtung B-NT-2
entsprechend dem Schema in 2 eventuell
eine Schaltung zur Herstellung/Auflösung der Zellenstruktur (Cellization/Decellization)
des Schmalbandverkehrs (der von einem Fernsprechapparat oder von
einem ISFN-Endgerät
kommt) enthalten; diese Forderung muss im Falle der Organisation
des Zugangsnetzes entsprechend der Erfindung, die in 3 dargestellt ist, nicht
erfüllt sein.
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Ein Beispiel für die Strukturierung von Daten
in einem Rahmen und Mehrfachrahmen gemäß dem Verfahren der Erfindung
ist in den 4, 5 und 6 angegeben.
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Gemäß der dargestellten bevorzugten
Ausführungsform
ist jeder 9720 Bytes umfassende Grundrahmen in 60 Slots mit identischer
Dauer unterteilt, von denen jeder aus 354 Bytes besteht.
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Schließlich zeigen die 5 und 6 die Struktur oder den Inhalt jedes
Slots von 162 Bytes in der Abwärts-
bzw. Aufwärtsrichtung.
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Jeder der drei Grundblöcke von
54 Bytes enthält
ein Präambel-Byte PR1, PR2 bzw.
PR3, dem ein Nutzdatenfeld von 53 Bytes folgt.
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Bei dem besagten Nutzdatenfeld von
53 Bytes kann es sich um eine ATM-Zelle handeln, die durch einen
Anfangsabschnitt von 5 Bytes und eine gewöhnlich als Nutzlastabschnitt
definierte Folge von 48 Bytes definiert ist.
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Gemäß der Erfindung ist die erste
der drei Nutzlasten eines oder mehrerer der 60 Slots, in die ein Grundrahmen
von 9720 Bytes unterteilt ist, dafür reserviert, Daten zu enthalten,
welche einem Rahmen eines Tributary-Transportmoduls (TU-12) entsprechen,
während
die anderen zwei Gruppen zwei ATM-Zellen oder eine ATM-Zelle und eine F3mp-Zelle
für Dienstdaten
enthalten können.
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In jedem Falle sind die drei Präambel-Daten
PR1, PR2 und PR3 so strukturiert, dass sie den sogenannten "Permit"-Befehl übertragen,
der eine bestimmte ONU in die Lage versetzt, in üblichen Systemen, die gemäß einem
Schema des Zeitvielfachzugriffs (TDMA) betrieben werden, Daten zum
OLT zu übertragen (Übertragung
in Aufwärtsrichtung).
Die Zuordnung einer drei Gruppen zur Übertragung des Schmalbandverkehrs
TU-12 im Rahmen der Organisation des Mehrfachrahmens gemäß der Erfindung
kann permanent oder semipermanent sein und wird in jedem Falle auf
der Ebene der Vermittlungsstelle oder des OLT voreingestellt.
