FI100074B

FI100074B - Menetelmä tilaajayhteyden toteuttamiseksi sekä tilaajaverkko

Info

Publication number: FI100074B
Application number: FI922837A
Authority: FI
Inventors: Seppo Pyhaelammi
Original assignee: Nokia Telecommunications Oy
Priority date: 1992-06-17
Filing date: 1992-06-17
Publication date: 1997-09-15
Also published as: FI922837A0; DE69322962T2; US5526154A; EP0646301A1; AU4328693A; WO1993026101A1; DE69322962D1; DK0646301T3; HK1011473A1; JPH07507666A; ES2127822T3; JP3381921B2; EP0646301B1; AU675951B2; FI922837A

Description

100074

Menetelmä tilaajayhteyden toteuttamiseksi sekä tilaaja-verkko

Keksinnön kohteena on menetelmä tilaajayhteyden 5 toteuttamiseksi sekä tilaajaverkko. Menetelmässä tilaajayhteys toteutetaan muodostamalla tilaajan puoleinen ensimmäinen osuus siirtoyhteyttä sähköisessä muodossa ja keskuksen puoleinen toinen osuus siirtoyhteyttä optisessa muodossa optisen kuidun avulla, jolloin siirtoyhteyden 10 mainitun toisen osuuden molemmissa päissä on optoelekt-riset muuntimet. Keksinnön mukainen tilaajaverkko on puolestaan oheisen patenttivaatimuksen 4 johdanto-osan mukainen .

Optinen kuitu on itsestään selvä valinta runkoverkon 15 siirtomediaksi, koska runkoyhteyksillä on yleensä tarvetta suureen siirtokapasiteettiin, käytetyt siirtoetäisyydet ovat pitkiä, ja kaapeleille löytyy usein valmiita reittejä. Tilaajayhteydellä tilanne on sen sijaan usein juuri päinvastainen, eikä optisen kuidun käyttämiseen löydy 20 useinkaan riittäviä syitä.

Tilanne on luonnollisestikin muuttumassa optisen kuidun kannalta edullisempaan suuntaan nopeustarpeen kasvaessa jatkuvasti, mutta kokonaiskustannuksiin, jotka syntyvät pääasiassa kaapelin asennuskustannuksista, ei ole 25 odotettavissa merkittäviä säästöjä. Optista kuitua haluttaisiin kuitenkin rakentaa myös tilaajaverkon puolelle mahdollisimman paljon, koska on selvästi nähtävissä, että sitä tarvitaan tulevaisuudessa. Tilaajaverkon uusimisen kustannukset ovat erittäin suuret, ja ajallisestikin puhu-30 taan tässä yhteydessä vuosikymmenistä. Nykyään kannattaisi siis jo varautua tuleviin tarpeisiin ja rakentaa valmiuksia tulevaisuuta silmällä pitäen.

Teleoperaattorit pyrkivätkin saamaan tilaajaverkon kuitumäärää kasvatettua, mikäli se vain on taloudellisesti 35 mahdollista. Käytännössä on olemassa kaksi mahdollisuutta 100074 2 kuitumäärän lisäämiseen. Ensiksikin voidaan normaalien kaapelilaajennusten yhteydessä asentaa myös optista kuitua suhteellisen pienin lisäkustannuksin. Usein kuitu kuitenkin jää vain odottamaan tulevia käyttäjiä. Toinen tapa on 5 löytää asiakkaita, jotka tarvitsevat suurta nopeutta ja siten optista kuitua, ja ovat myös valmiita maksamaan siitä .

Suuret kustannukset ovatkin pahin este kuidun leviämiselle tilaajaverkon puolelle.

10 Ns. aktiivisessa tilaajaverkossa on transmissiolait- teita myös "kentällä" (päätekeskuksen ja tilaajan välimaastossa) . Aktiivisen tilaajaverkon tarkoituksena on jakaa siirtoyhteyden rakentamiskustannukset usean tilaajan kesken ja hyödyntää olemassa olevaa kuparikaapelointia 15 mahdollisimman pitkälle. Kuviossa 1 on esitetty aktiivisen tilaajaverkon periaate. Tilaajayhteyden optisen osuuden ja kupariosuuden yhdistävä transmissiolaitteisto, jonka koteloa on merkitty viitemerkillä B, sijoitetaan kentälle sellaiseen paikkaan, josta tilaajat 12 saavutetaan olemas-20 sa olevan kuparikaapeloinnin 13 avulla. Transmissiolaitteisto käsittää tyypillisesti kanavointilaitteen 11 sekä kantataajuiset modeemit 14 kunkin tilaajan yhteydelle. Tilaajilla on kullakin vastaavasti oma modeeminsa 14, jotka voivat olla eri nopeuksilla toimivia. Yhteys kanavointi-; 25 laitteelta 11 keskukseen 16 muodostetaan optisella kuidul la 15. Kupariosuuden 13 maksimipituus on tyypillisesti 0,5...1 km, ja optisen osuuden 15 pituus tyypillisesti 1... 5 km.

Edellä kuvatulla järjestelyllä saadaan valokaape-30 liyhteyden muodostamiskustannukset jaettua usean tilaajan 12 kesken. Kustannuksia alentavat edelleen mahdolliset valmiit putkitukset, joita esiintyy suuremmalla todennäköisyydellä juuri keskuksien läheisyydessä. Yhteyksien kallein osa, yksittäiset yhteydet tilaajille, olisivat 35 siis olemassa olevia kuparikaapeliyhteyksiä, joten ne 11 100074 3 olisivat käytännössä lähes ilmaisia.

Parikaapelin parien välisen ylikuulumisen ja kupari-kaapelin vaimennuksen perusteella voidaan arvioida, että yhtä nelikierrettä käyttäen pystytään käytännössä saavut -5 tamaan yhden kilometrin etäisyys nopeudella 8 Mbit/s ja 2,5 km:n etäisyys nopeudella 2 Mbit/s. Käyttämällä 2 tai 3 nelikierrettä ja tyytymällä n. 500 metrin etäisyyteen voi nopeus olla jopa 34 Mbit/s.

Edellä kuvatulla aktiivisella tilaajaverkolla saavu-10 tetaan siten järkevillä kustannuksilla nopeampia kuin 2

Mbit/s yhteyksiä. Mikäli optinen kaapeli päätetään korkeintaan noin yhden kilometrin päähän tilaajista, voidaan tavallista G.703/2 Mbit/s- liitäntää ja sen mukaista transmissiota käyttää sellaisenaan (ei tarvita erillistä 15 modeemia).

Aktiivisella tilaajaverkolla on kuitenkin myös epäkohtia, joita kuvataan seuraavassa. Laitteiden suuri koko aiheuttaa ensinnäkin sen, että kentältä saattaa olla vaikea löytää paikkaa, johon vaadittavat laitteet voitai-20 siin sijoittaa. Laitteiden rakenteen pitäisi myös olla modulaarinen, jotta erilaisia liitäntöjä saataisiin aikaan. Samalla rakenteen pitäisi myös kestää kovat ympäristöolosuhteet. Laitteet kuluttavat myös niin paljon tehoa, ettei ko. tehomäärää käytännössä pystytä syöttämään kes-25 kuksesta asti.

Laitteiden hallinta muodostuu myös ongelmaksi.

Aktiivisessa tilaajaverkossa siirtoyhteydellä on yksi paikka lisää, johon pitää viedä tarvittava modeemi, joka pitää osata konfiguroida oikein tai järjestää kaukokonfi-30 gurointimahdollisuus. Sama koskee kanavointilaitteita.

Lisäksi laitteiden toimintaa on pystyttävä valvomaan, eivätkä esim. konfigurointimuutokset yhdelle tilaajalle saa aiheuttaa harmia muille tilaajille. Kentällä olevien transmissiolaitteiden huolto ja uusiminen on myös erittäin 35 työlästä.

100074 4

Esillä olevan keksinnön tarkoituksena onkin välttää edellä kuvatut epäkohdat ja saada aikaan menetelmä, jolla nopeat tilaajayhteydet 2 Mbit/s) voidaan toteuttaa taloudellisesti kannattavasti. Tämä päämäärä saavutetaan 5 keksinnön mukaisella menetelmällä, jolle on tunnusomaista se, että tilaajan transmissiolaitteen lähettämä signaali kytketään mainitun ensimmäisen osuuden aiheuttamaa vaimennusta ja vääristymää korjaamatta optoelektrisen muuntimen kautta mainitulle toiselle osuudelle, jolloin mainittu 10 vaimennus ja vääristymä korjataan toisen osuuden jälkeen, ja että keskuksesta vastaavasti lähetetään tilaajalle päin signaali, joka on tarkoitettu mainitulle ensimmäiselle osuudelle, joka signaali kytketään ensin optoelektrisen muuntimen kautta mainitulle toiselle osuudelle, jolloin 15 tiedonsiirto toteutetaan analogisessa muodossa siten, että toisen osuuden päissä signaali on analogisessa muodossa. Keksinnön mukaiselle tilaajaverkolle on puolestaan tunnusomaista se, mitä kuvataan oheisen patenttivaatimuksen 4 tunnusmerkkiosassa.

20 Keksinnön mukaisena perusajatuksena on "venyttää" tilaajalta keskukseen päin lähtevää kuparikaapelia optisella linkillä siten, että koko siirtoyhteys, joka käsittää sekä sähköisen osuuden (kupariosuuden) että optisen osuuden näyttää päästä katsottuna kuparikaapelilta, jonka 25 pituus on vääristymän ja vaimennuksen kannalta katsottuna sama kuin kuparikaapelin pituus. Tilaajayhteyden fyysinen pituus saadaan siten huomattavasti suuremmaksi kuin mikä se vääristymästä, vaimennuksesta ja ylikuulumisesta johtuen muutoin olisi.

30 Keksinnön mukaisen ratkaisun ansiosta voidaan tar- ; vittavat modeemit sijoittaa aina keskustiloihin, ja ken tälle tuleva laite on rakenteeltaan yksinkertainen ja aina samanlainen. Kentälle tulevan laitteen tarvitsema teho on kohtuullinen tehden keskuksesta tapahtuvan tehon kauko-35 syötön mahdolliseksi. Laitteen ei myöskään tarvitse tie- 100074 5 tää, mitä yhteyksillä siirretään, vaan se siirtää kaapelissa esiintyvän signaalin sellaisenaan, jolloin siis mitään konfigurointitarvetta ei esiinny. Keksinnön mukainen ratkaisu tekee myös laitteiston huollon ja uusimisen 5 aikaisempaa yksinkertaisemmaksi.

Seuraavassa keksintöä kuvataan tarkemmin viitaten kuvioiden 2-4 mukaisiin esimerkkeihin oheisissa piirustuksissa, joissa kuvio 1 esittää aktiivisen tilaajaverkon periaatet- 10 ta, kuvio 2 esittää tilaajayhteyden toteutusta käytettäessä esillä olevan keksinnön mukaista periaatetta, kuvio 3 esittää keksinnön edullisen suoritusmuodon mukaista ratkaisua, jossa yksi optinen linkki siirtää 15 useamman kuin yhden kanavan dataa, kuvio 4 esittää keksinnön mukaisen ratkaisun tyypillistä käyttösovellusta, kuvio 5 esittää toista keksinnön mukaisen ratkaisun toista käyttösovellusta.

20 Kuviossa 2 on esitetty tilaajayhteyden yhden kanavan periaatteellista toteutusta keksinnön mukaisella menetelmällä. Tilaajalta 12, esim. yritykseltä lähtevän kupari-kaapeloinnin 13 keskuksen 16 puoleiseen päähän, edullisesti kuvion 1 transmissiolaitteistoa vastaavaan paikkaan, 25 josta tilaajat saavutetaan olemassa olevan kuparikaape- loinnin 13 avulla, sijoitetaan optoelektrinen muunnin 20, joka muuntaa tilaajalta tulevan analogisen sähköisen signaalin optiseen muotoon optiselle osuudelle 15. Optisen osuuden vastakkaisessa päässä (joka on keskuksen 16 si-30 säänmenossa) on toinen optoelektrinen muunnin 20, joka muuntaa optisen signaalin takaisin analogiseen sähköiseen muotoon, jossa muodossa se kytketään keskukselle sinänsä tunnetusti. Optinen osuus 15 ja sen päissä olevat muuntimet 20 muodostavat siten optisen linkin, jolla venytetään 35 kunkin tilaajayhteyden kuparikaapelointi 13 pidemmäksi eli 100074 6 käytännössä keskukseen 16 asti. Tilaajan transmissiolait-teen 14 lähettämä signaali kytketään siten sellaisenaan, toisin sanoen kuparikaapelointiosuuden vääristämänä ja vaimentamana optiselle osuudelle 15, ja nämä tilaajayhtey-5 den vääristymät ja vaimennukset korjataan vasta keskuslii-tännässä. Vastaavasti toisessa siirtosuunnassa lähetetään keskukselta signaali, joka on tarkoitettu kuparikaapeloin-tiosuudelle, ja tämä signaali kytketään ensin optoelektri-sen muuntimen avulla optiselle osuudelle, minkä jälkeen se 10 muutetaan uudelleen sähköiseen muotoon ja kytketään suoraan kuparikaapelointiosuudelle 13. Tässä siirtosuunnassa vaimennukset ja vääristymät syntyvät vasta siirtoyhteyden loppupäässä eli kuparikaapelointiosuudella. Koko siirtoyhteyden fyysinen pituus saadaan näin huomattavasti suurem-15 maksi kuin mikä se vääristymästä ja vaimennuksesta johtuen muutoin olisi, koska näin muodostetussa siirtoyhteydessä vain kupariosuus aiheuttaa käytännössä vääristymää ja vaimennusta.

Käytännössä voidaan molemmissa siirtosuunnissa 20 käyttää linjakoodina esim. sinänsä tunnettua 2BlQ-koodia, mutta mikä tahansa muukin linjakoodi, jolla saadaan signaalin spektri siirtotiehen sopivaksi, on yhtä hyvin mahdollinen. (Linjakoodi kuvaa sitä, kuinka bitit muutetaan analogiseen muotoon siirtoyhteydelle.) 25 Kuviossa 3 on esitetty keksinnön eräs edullinen käy tännön toteutustapa. Tässä tapauksessa kuparikaapelointio-suudelta 13 saatava analoginen signaali digitalisoidaan analogia/digitaali-muuntimilla 34 optisella osuudella 15 tapahtuvan siirron ajaksi, ja yksi optinen linkki siirtää 30 useamman kuin yhden kanavan (tilaajan) dataa. Useamman kuin yhden tilaajan kuparikaapelointi 13 (ei esitetty kuviossa 3) on siten yhdistetty vastaavan erotusmuuntajan 31, alipäästösuodattimen 32, vahvistuksensäätöpiirin 33 (jolla skaalataan signaalin taso sopivaksi) ja edellä 35 mainitun A/D-muuntimen 34 kautta yhteiselle multiplekse- il 100074 7 rille 35, jonka ulostulo on optoelektrisen muuntimen 20a kautta kytketty optiselle osuudelle (kuidulle) 15. Muunnin 20a käsittää tässä tapauksessa optisen lähettimen, esim. laserin tai ledin. Optiselta osuudelta (kuidulta) 15 saa-5 puva signaali vastaanotetaan toisella optoelektrisellä muuntimella 20b, joka käsittää optisen signaalin vastaanottimen, esim. PIN-diodin. Muuntimen 20b ulostulo on kytketty demultiplekserille 38, joka jakaa kanavat omille D/A-muuntimilleen 39, joilla signaalit muutetaan takaisin 10 analogiseen muotoon ja kytketään vastavien alipäästösuo-dattimien 32 ja erotusmuuntajien 31 kautta sinänsä tunnetusti keskuslaitteistolle.

Kuviossa 3 on toteutus esitetty vain toisessa siirtosuunnassa (tilaajalta keskukseen). Toinen siirtosuunta 15 on toteutettu vastaavalla tavalla. Huomattakoon, että vaikka tässä esimerkissä signaalit digitalisoidaankin optisella linkillä tapahtuvan siirron ajaksi, ovat signaalit optisen linkin päissä edelleenkin analogisia. Optinen osuus 15 on siten kytketty analogisessa muodossa tapahtu-20 van sähköisen liitännän avulla toisaalta suoraan kupari-kaapelointiosuudelle ja toisaalta keskusliitäntään. Kentälle sijoitettavaa multiplekseriyksikköä on esitetty kuviossa 3 esitetty viitemerkillä Hl.

Sen sijaan, että signaali digitalisoidaan väliaikai-25 sesti siirron ajaksi edellä kuvatulla tavalla, voidaan käyttää myös puhtaasti analogista ratkaisua, jossa eri kanavat moduloidaan eri taajuuksille samalle kuidulle.

Kuviossa 4 on esitetty keksinnön mukaisen ratkaisun tyypillistä käyttösovellusta. Multiplekseri/demultiplekse-30 riyksikkö H, joka käsittää edellä kuvatut optoelektriset muuntimet ja joka on (molemmissa siirtosuunnissa) esim. kuviossa 3 esitetyn kaltainen, on sijoitettu päätekeskuk-seen PK, ja toinen vastaavanlainen yksikkö H on sijoitettu edellä kuvatulla tavalla kentälle paikkaan, josta voidaan 35 saavuttaa tilaajat 12 olemassa olevan kuparikaapeloinnin 100074 8 13 avulla. Kentällä olevan multiplekseriyksikön H tehon-syöttö tapahtuu päätekeskuksesta PK. Modeemit 14 sijaitsevat tutuilla paikoillaan eli keskuksessa ja tilaajilla (vrt. kuvio 1). Mikäli kuparikaapelointiosuus on riittävän 5 lyhyt, kelpaa G.703-liitäntä sellaisenaan, eikä erillisiä modeemeja tarvita lainkaan.

Kuviossa 5 on esitetty keksinnön mukaisen ratkaisun toinen käyttötapa. Koska päätekeskuksia PK on paljon, ei ehkä aina ole esim. työvoiman ja verkon hallinnan kannalta 10 edullista sijoittaa kaikkia erilaisia datasiirtolaitteita joka paikkaan. Datasiirtolaitteita ja henkilökuntaa voidaankin keskittää sijoittamalla optisen osuuden 15 tilaajan puoleisessa päässä oleva multiplekseriyksikkö H pää-tekeskukseen PK ja optisen osuuden vastakkaisessa päässä 15 oleva multiplekseriyksikkö solmukeskukseen SK. Optinen osuus 15 on siis tässä tapauksessa solmukeskuksen ja pää-tekeskuksen välillä ja kupariosuus 13 päätekeskuksen ja tilaajan välillä.

Vaikka keksintöä on edellä selostettu viitaten 20 oheisten piirustusten mukaisiin esimerkkeihin, on selvää, ettei keksintö ole rajoittunut siihen, vaan sitä voidaan muunnella monin tavoin edellä ja oheisissa patenttivaatimuksissa esitetyn keksinnöllisen ajatuksen puitteissa. Esim. tilaajan transmissiolaitteet voivat olla eri tyyppi-. 25 siä.

Il

Claims

100074 9

1. Menetelmä tilaajayhteyden toteuttamiseksi tiedonsiirtoverkossa, jossa menetelmässä tilaajayhteys toteute- 5 taan muodostamalla tilaajan (12) puoleinen ensimmäinen osuus (13) siirtoyhteyttä sähköisessä muodossa ja keskuksen (16, PK; SK) puoleinen toinen osuus (15) siirtoyhteyttä optisessa muodossa optisen kuidun avulla, jolloin siirtoyhteyden mainitun toisen osuuden (15) molemmissa 10 päissä on optoelektriset muuntimet (20), tunnettu siitä, että tilaajan (12) transmissiolaitteen (14) lähettämä signaali kytketään mainitun ensimmäisen osuuden aiheuttamaa vaimennusta ja vääristymää korjaamatta opto-elektrisen muuntimen (20) kautta mainitulle toiselle osuu-15 delle (15), jolloin mainittu vaimennus ja vääristymä korjataan toisen osuuden (15) jälkeen, ja että keskuksesta (16, PK; SK) vastaavasti lähetetään tilaajalle (12) päin signaali, joka on tarkoitettu mainitulle ensimmäiselle osuudelle (13), joka signaali kytketään ensin optoelektri-20 sen muuntimen (20) kautta mainitulle toiselle osuudelle (15) , jolloin tiedonsiirto toteutetaan analogisessa muodossa siten, että toisen osuuden päissä signaali on analogisessa muodossa.

2. Patenttivaatimuksen 1 mukainen menetelmä, 25 tunnettu siitä, että useamman kuin yhden kanavan data siirretään samalla optisella kuidulla (15).

3. Patenttivaatimuksen 2 mukainen menetelmä, tunnettu siitä, että kunkin kanavan signaali digitalisoidaan väliaikaisesti optisella kuidulla (15) ta- 30 pahtuvan siirron ajaksi.

4. Tilaajaverkko patenttivaatimuksen 1 mukaisen menetelmän toteuttamiseksi, joka tilaajaverkko käsittää keskuksesta (PK; SK) tilaajalle ulottuvia tilaajayhteyksiä, joista ainakin osa käsittää ensimmäisen osuuden (13) , 35 jossa signaali siirretään sähköisessä muodossa ja toisen 100074 10 osuuden (15), jossa signaali siirretään optisessa muodossa, jolloin mainittu toinen osuus (15) käsittää molemmissa päissään optoelektriset muuntimet (20), tunnettu siitä, että mainittu toinen osuus (15) on kytketty ana-5 logisessa muodossa tapahtuvan sähköisen liitännän avulla toisaalta suoraan ensimmäiselle osuudelle (13) ja toisaalta oleellisesti keskukselle (PK; SK) asti.

5. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tiedonsiirtoverkko, tunnettu siitä, että mainittu tilaajayhteys 10 muodostuu päätekeskuksen (PK) ja tilaajan (12) välille.

6. Patenttivaatimuksen 4 mukainen tiedonsiirtoverkko, tunnettu siitä, että mainittu tilaajayhteys muodostuu solmukeskuksen (SK) ja tilaajan (12) välille, jolloin mainittu toinen osuus (15) muodostuu solmukeskuk- 15 sen (SK) ja päätekeskuksen (PK) välille ja mainittu ensimmäinen osuus (13) päätekeskuksen (PK) ja tilaajan (12) välille. 100074 11