NL8502665A - Breedband optisch distributiesysteem. - Google Patents

Description

« » HJN.11.506 1 N.V. Philips' Gloeilampenfabrieken, Eindhoven "Breedband optisch distributiesysteem"

De uitvinding heeft betrekking op een breedband optisch distributiesysteem voor een lokaal fibemet, bevattende een hoofdcentrale, welke via optische fibers verbonden is met een aantal abonneeplaatsen, waarbij het transmissiesysteem tenminste één 5 hulposcillator omvat voor het transponeren (¾) de abonneeplaats van het door de hoofdcentrale toegeleverde optische transmissies ignaal naar een lager middenfrequent elektrisch signaal. De tegenwoordige golflengte nultiplexsystemen zijn voorbeelden van optische frequentie-rtultiplexsystemen met een zeer grove scheiding tussen de optische 10 draaggolven onderling. Elk van de draaggolven is gemoduleerd met bijvoorbeeld een digitaal signaal van 560 M bit/s. Gezien de grootte van de tegenwoordige transmissieramen, welke gelegen zijn tussen 800-900 nm en 1300-1500 nm, betekent dit, dat er ongeveer 16 van deze optische draaggolven potentieel beschikbaar zijn. De lage ruimten 15 tussen twee optische draaggolven zijn eenvoudigweg een verspilling.

Een ruimte van 25 nm tussen twee optische draaggolven vertegenwoordigen een frequentiescheiding van 7500 GHz. Neemt men alle lege ruimten tesamen, dan betekent dit een frequentiebereikverspilling van 16 x 7500 GHz.

20 Bovenstaand probleem kan ondervangen werden door het toepassen van een heterodyre optisch transmissiesysteem, zoals bijvoorbeeld beschreven is in IEEE Transactions M.T.T., vol. 30, nr. 8, augustus 1982, bladzijden 1138-1149. Een heterodyn optisch transmissiesysteem maakt een optische frequentienifLtiplex mogelijk, waarbij 25 de ruimten tussen de optische draaggolven onderling klein gehouden kunnen worden. De grote moeilijkheid bij genoemde heterodyne systemen heeft betrekking op de stabiliteit van de optische frequentie van de laserdiedes, welke vereist wordt. In een optisch heterodyne systeem wordt aan de ingang van een fotodiode de s ignaal-voerende 30 optische frequentie gekembineerd met een lokale oscillatie-frequentie FQ. De uitgangsstroem van de fotodiode bevat dan een middenfrequent draaggolf met een frequentie van (Fq-F^) MHz.

Teneinde redelijke waarden voor deze middenfrequent draag- ;cv ^ ^ =* λ * vS L· j; o ö ϋ PHN.11.506 2 golven, bijvoorbeeld 70 MHz, te verkrijgen, is het noodzakelijk, dat zowel alsmede Fq binnen bijvoorbeeld 50 kHz begrensd worden. Gezien het feit, dat de frequentiedrif t van een laserdiode tengevolge van temperatuursveranderingen ongeveer gelijk is aan 20 GHz/°C, is g dit zeer moeilijk te verwerkelijken. Als bijvoorbeeld = 300 Ώ00 GHz betekent dit, dat de temperatuur gestabiliseerd moet worden tot 0,00001°C. Dit houdt in, dat op iedere abonneeplaats deze temperatuurs-stabilisatie gerealiseerd moet worden, hetgeen gepaard gaat met zeer hoge kosten voor iedere abonneeplaats.

10 ..De uitvinding beoogt een oplossing aan te geven voor het bovengeschetste probleem en heeft als kenmerk, dat de hulposcillator in de hoofdcentrale is aangebracht, waarbij tevens schakelmiddelen in de hoofdcentrale en op de abonneeplaats en aanwezig zijn voor het enerzijds opvragen van de gestabiliseerde hulpfrequentie door de 15 abonneeplaats en het vervolgens toeleveren van deze gestabiliseerde hulpfrequentie naar de genoemde abonneeplaatsen.

De "lokale" oscillatorfrequentie Fq wordt dan door de hoofdcentrale gedistribueerd naar de abonneeplaatsen. De meest effektieve manier om dit te doen is door het toepassen van het 2Q afstandsbedieningsconcept. Een abonneeplaats "vraagt" de hoofd centrale cm een bepaalde zeer goed gestabiliseerde oscillatorfrequentie Fq, waarna de hoofdcentrale deze frequentie naar de abonneeplaats toezendt. De abonneeplaats bevat een optische detektor ai s ignaalverwerkingsmiddelen voor de gemoduleerde middenfrequente 2g draaggolf (PQ-P1).

Het grote voordeel van het distributiesysteem volgens de uitvinding is het feit, dat de geavanceerde technologie nu geconcentreerd wordt op een professionele plaats, zijnde de hoofdcentrale.

Dit is zonder meer een betere omgeving voor het realiseren van zeer 3{J goed gestabiliseerde optische frequenties dan de abonneeplaatsen.

Een ander voordeel is het feit dat de kosten, welke benodigd zijn voor het realiseren van de zeer goed gestabiliseerde optische frequenties gedeeld worden door meerdere abonneeplaatsen, welke met de hoofdcentrale samenwerken.

35 De uitvinding zal beschreven worden aan de hand van de tekening.

Figuur 1 geeft een uitvoeringsvoorbeeld weer van een hoofdcentrale uit het distributiesysteem volgens de uitvinding.

β η Λ 0 £ & e ' +* .

PHN.11.506 3

Figuur 2 geeft een uitvoeriugsvoorbeeld weer van een abonneeplaats uit het distributiesysteem volgens de uitvinding.

Figuur 3 geeft een aantal optische docrlaatkurven weer ter verklaring van de uitvinding.

5 Figuur 4 geeft een tweede aantal optische docrlaatkurven weer ter verklaring van de uitvinding.

In de hoofdcentrale I volgens figuur 1 worden de 5 videosignalen T via een matrix 1 naar de gewenste uitgangen 7, 8, 9, 20 en 50 gevoerd. De uitgang 20 van de matrix 1 is verbonden met de ingang van de analoog/digitaal-onzetter 2, welks uitgang verbonden is met de ingang van de elektrisch-optische omvormer 3. De uitgang van de elektrisch-optische omvormer 3 is verbonden met een ingang van het erotische knooppunt 4. De uitgang 50 van de matrix 1 is op identieke wijze via een analoog/digitaal-cmzetter en de elektrisch-15 optische omvormer verbonden met een ingang van het optische knooppunt 4. Elk van de uitgangen 7, 8 en 9 is eveneens via de serie-schakeling van een analcog/digitaal-cmvormer (niet getekend) en een elektrisch-optische omvormer (niet getekend) verbonden met een ingang van het knooppunt 4. De uitgang van het knooppunt 4 is verbonden 2Q met een ingang van de optische multiplexer 10. Elk van de ingangen van de optische schakelaar 15 is met één van de zeer goed gestabiliseerde hulposcillator (11 ... N) verbonden. Een uitgang 17 van de optische schakelaar 15 is verbonden met een ingang van de optische multiplexer 10. De uitgang van de optische multiplexer 10 is verbonden met de optische fiber 11 voor downstream golflengten naar de abonnee-

Zs plaatsen toe. De van de abanneeplaats (en) afkorende upstream golflengten worden via de optische fiber toegevoerd naar de ingang van de optisch-elektrische omvormer 13. De uitgang van de optisch-elektrische omvormer 13 is verbonden met het stuurcircuit 14/ welks uitgang verbonden is met de stuur ingang van de optische schakelaar 15.

Elk van de analoge televisiesignalen T wordt via de schakel-matrix verbonden met één der uitgangen 7, 8, 9, 20 of 50. De aan de genoemde uitgangen aanwezige analoge televisiesignalen warden elk via een analoog/digitaal-cmzetter omgezet in een digitaal televisiesignaal. Deze omzetting wordt gedaan, omdat in tegenstelling tot 35 analoge modulatie een gedigitaliseerd televisiesignaal de beste oplossing biedt net betrekking tot de lineariteit van de ruisproblemen. Bovendien biedt digitalisering de mogelijkheden van een hogere 6502 66 5 FHN.11.506 4 beeldkwaliteit en lagere storingsgevoeligheid. De van de analoog/ digitaalomzetters 2... 5 komende digitale televisiesignalen worden met behulp van de elektrisch-optische omvormers 3...6 omgezet in optische signalen, welke vervolgens via het optische knooppunt 4 g (branching point) in de optische fiber 40 worden ingestraald. De in de fiber 40 ingestraalde digitale televisiesignalen worden toegevoerd aan een ingang van de optische multiplexer 10. Hierbij zij opgemerkt, dat de aan de uitgangen 7, 8, 9, 20 en 50 optredende televisiesignalen middenfrequent elektrische signalen, zijn, welke bijvoorbeeld onderling 1Q 70 MHz ten opzichte van elkaar verschoven zijn. Van de abonneeplaats komt via de fiber 12 een optische digitaal hulposcillatorkeuzesignaal bij de hoofdcentrale binnen. Dit signaal wordt met behulp van de optisch-elektrische omvormer 13 omgezet in een elektrisch signaal, dat wordt toegevoerd aan de ingang van het stuurcircuit 14. Dit stuur-1g circuit 14 stelt de optische schakelaar 15 zodanig in, dat de door de abonnee opgevraagde optische hulposcillatorfrequentie aan de uitgang 17 van de optische schakelaar 15 optreedt. Dit optische hulposcillatorsignaal met een golflengte X ^ + άΧ wordt toegevoerd aan een ingang van de optische multiplexer 10. Aan de andere ingangen 20 van de multiplexer worden optische signalen met de respektieve golflengten X ^, λ 2 en λ 4 toegevoerd. Op deze optische draaggolven kan data worden gemoduleerd voor bijvoorbeeld diensten zoals telefoon, digitaal geluid, beeldtelefoon. Gebruikelijke waarden voor de aangegeven golflengten zijn bijvoorbeeld: .. X . = 1350 nm λ = 1500 nm 25 . i i A,, = 1400 nm A f = 800 nm.

2 6 A'4 = 1450 nm

De in figuur 2 weergegeven abonneeplaats bevat een gemeenschappelijke aansluitkast SEU (Subscriber Entrance Unit). De aansluit-30 kast SEU bevat een distributiedoos DB (downstream box), een distribu-tiedcos UB (upstream box) en een distributiedoos IB (intercommunication box). De uitgangen 1 ... K van de drie distributieboxen DB, UB en IB worden op bekende wijze met de K optische wandcontactdozen 19 ... 30 verbonden. Dit is bijvoorbeeld uitvoerig beschreven in de Nederlandse 35 octrooiaanvrage 82 04722 (= PHN. 10.508). De ingangen van de distributiedoos DB zijn via de vermogens splits er 18 verbonden met de optische fiber 11 voor heen transmis s ies ignalen (downstream). De uitgangen van de distributiedoos UB zijn via de vermogenssplitser 27 verbonden 8502665 EBN.11.506 5 met de optische fiber 12 voor terugtransmissiesignalen (upstream).

De optische wandcontactdozen 19 ... 30 zijn op de in de Nederlandse octrooiaanvrage 82 04722 aangegeven wijze verbanden net de drie distrifcutiedozen DB, UB en IB. De optische wandcontactdoos 19 is 5 via een optische bandfilter 21 verbonden met de ingang van de optisch-elektrische omvormer 22, welks uitgang verbonden is met de ingang van de digitaal/analoog-cmzetter 23. De uitgang van de digitaal/ analocg-omzetter 23 is verbonden mat het televisietoestel 24. De selectie-uitgang 31 van het televisietoestel 24 is via de analoog/ digitaal-cmzetter 25 verbonden met de ingang van de elektrisch-optische omvormer 26, welks uitgang verbanden is met de optische wandcontactdoos 19.

We veronderstellen, dat een heterodyne golflengteband is aangebracht rond de centrale golflengte van Λ 5 = 1500 nm, zie 15 figuur 3. In deze heterodyne golflengteband zijn de van de elektrisch-optische omvormers 3...6 uit de hoofdcentrale via de fiber 11 binnenkomende optische televisiesignalen aangebracht. De onderlinge afstand tussen deze televisiesignalen is bijvoorbeeld 70 MHz, hetgeen overeenkomt met een ΔΑ van 0,25 pn. De doorlaatband van het hetero-2Q dyne filter 21 is gelijk aan 1 nm, zie figuur 3. Dit betekent, dat in deze nauwe doorlaatband 4000 van deze optische draaggolvensignalen kunnen worden cndergebracht. Dit nu is mcgelijk geworden, cndat alle frequenties in deze doorlaatband nu zéér goed gestabiliseerd en gedefinieerd zijn. De niet heterodyne golflengtebanden, zoals 25 in figuur 3 voor de golflengten λ ^ = 1350 nm, λ ^ = 1400 nm en λ = 1450 nm is aangegeven, moeten de gebruikelijke bandbreedten van ongeveer 20 nm aangehouden worden als gevolg van de frequentie-drift van de conventionele optische draaggolven. Met behulp van het optische bandfilter 21 op de abonneeplaats II wordt de heterodyne golflengteband rond de golflengte A ^ = 1500 nm uit de van de hoofdcentrale komende heentransmissiesignalen gefilterd. Alle in deze doorlaatband gelegen, onderling 70 MHz ten opzichte van elkaar verschoven gemoduleerde optische draaggolven tesamen met een erbij-behorende zéér goed gestabiliseerde cngemoduleerde hulpdraaggolf worden toegevoerd aan de cptisch-elektrische anvomer 22. De frequentie w3 van de ongemoduleerde cptische hulpdraaggolf ligt bij voorkeur 70 MHz boven de frequentie van de gemoduleerde optische draaggolf met de hoogste frequentie. Aan de uitgang van de optisch-elektrische omvormer 3502665 PHN.11.506 6 22 verschijnen dan raiddenfrequent elektrische signalen met frequenties gelijk aan 70 MHz, 140 MHz ... n.70 MHz, waarin n gelijk is aan het aantal gemoduleerde optische draaggolven. Met behulp van een elektrische bandfilter (niet getekend) kan uit al deze middenfrequent-5 signalen de gewenste middenfrequentie gefilterd worden. Na digitaal/ analoog-cmzetting in de digitaal/ analoog-anzetter 23 kan het elektrische signaal toegevoerd worden aan het televisietoestel' 24.

In plaats van een onderlinge afstand van 70 MHz tussen de gemoduleerde optische draaggolven kan deze afstand ook groter gekozen 10 worden, bijvoorbeeld 1 GHz, hetgeen overeenkomt met een golf lengteverschil van 10 pm. In de heterodyne door laatband van 1 nm zijn dan ongeveer 100 optische draaggolven mogelijk. Bij ieder van de gemoduleerde draaggolven behoort een aparte gestabiliseerde, ongemoduleerde optische draaggolf, welke een frequentie heeft, welke bijvoorbeeld 1g 70 MHz boven de frequentie van de gemoduleerde draaggolf ligt.

Kiest de abonnee voor een bepaalde gemoduleerde optische draaggolf, dan wordt door de hoofdcentrale de erbijbehorende gestabiliseerde Ongemoduleerde, optische draaggolf mede naar de abonneeplaats toegezonden. Aan de uitgang van de optisch-elaktrische omvormer 22 op 20 de abonneeplaats II worden dan drie elektrische signalen gevormd met de respektieve frequenties van 70 MHz, 0,93 GHz en 1,7 GHz.

Met een eenvoudig laagdoorlaatfilter is het gewenste elektrische middenfrequent signaal van 70 MHz eruit te filteren, welk signaal na digitaal/analoog-anzetting wordt toegevoerd aan het televisie-25 toestel.

De meest effektieve wijze van werken gaat bijvoorbeeld als volgt. Indien geen informatie door één van de abonneeplaatsen wordt opgevraagd, zijn geen optische frequenties aanwezig in de smalle heterodyne band van 1 nm. De eerste abonneeplaats, welke informatie 3Q opvraagt aan de hoofdcentrale, wordt een gestabiliseerde cngemoduleerde draaggolf en een gemoduleerde draaggolf, welke de gewenste informatie bevat, toegezonden. Indien een tweede abonneeplaats informatie wenst te worden toegezonden, gaat deze eerst na of de gewenste informatie reeds aanwezig is in de eerste gemoduleerde draaggolf 35 of kan worden toegevoegd aan de eerste gemoduleerde draaggolf, als diens draaggolfcapaciteit niet volledig benut is. Indien de draaggolfcapaciteit van de eerste gemoduleerde draaggolf volledig benut is, vraagt de tweede abonneeplaats aan de hoofdcentrale om 85 0 2 6 6 5 ESN. 11.506 7 een tweede gemoduleerde draaggolf, welke de verlangde informatie bevat. De eerste en de tweede gemoduleerde draaggolven worden in het elektrische middenfrequent gebied vandkaar gescheiden

Figuur 4 geeft de situatie aan, wanneer een tweede • heterodyne band van 1 nm wordt gebruikt, welke bijvoorbeeld informatie bevat met betrekking tot een andere dienst. Beide heterodyne banden zijn volledig van elkaar gescheiden. Op een abonneeplaats wordt met behulp van een variabel golflengtefilter gekozen voor één van de heterodyne banden afhankelijk van welke dienst men verlangt. De scheiding van de doarlaatkurven van de beide heterodyne banden kan zeer smal gehouden worden als gevolg van de zeer goed gestabiliseerde optische frequenties, welke in de beide heterodyne banden aanwezig zijn. Als gevolg van het niet helemaal ideaal zijn van de huidige variabele golflengtefliters, is een afstand tussen de 15 beide centrumgolflengten van 1495 nm en 1500 nm van 5 nm gewenst.

Omdat het breedbanddistributiesysteem echter volledig transparant is, kan de afstand tussen de genoemde centrumgolf lengten gemakkelijk verkleind worden, wanneer verbeterde variabele golflengtefilters ter beschikking kanen. De keuze van de scheiding tussen de gemoduleerde optische draaggolven in de tweede heterodyne band rond 1495 nm kan onafhankelijk gekozen worden van de scheiding tussen de gemoduleerde draaggolven, zoals deze aanwezig is in de eerste heterodyne band rond 1500 nm. Voor de hulposcillatoren 16 ... N worden bij voorkeur groot-vermogen-lasers gebruikt, bijvoorbeeld een gaslaser. Deze kunnen bijvoorbeeld voor 4 of 5 abonnee's worden gebruikt, afhanke- 25 lijk van het vermogen.

30 35 3502 635

Claims (3)

1. Breedband optisch distributiesysteem voor een lokaal fibemet, bevattende een hoofdcentrale, welke via optische fibers 5 verbonden is met een aantal abomneeplaatsen, waarbij het transmissiesysteem tenminste één hulposcillator omvat voor het transponeren op de abonneeplaats van het door de hoofdcentrale toegeleverde optische transmiss iesignaal naar een lager middenfrequent elektrisch signaal, met het kenmerk, dat de hulposcillator in de hoofdcentrale 10 is aangebracht, waarbij tevens schakelmiddelen in de hoofdcentrale en op de abonneeplaatsen aanwezig zijn voor het enerzijds opvragen van de gestabiliseerde hulpfrequentie door de abonneeplaats en het vervolgens toeleveren van deze gestabiliseerde hulpfrequentie naar de genoemde abonneeplaatsen.

2. Breedband optisch distributiesysteem volgens conclusie 1, met het kenmerk, dat een aantal gemoduleerde optische draaggolven tesamen met een ongemoduleerde gestabiliseerde optische hulpdraag- * golf-in een golflengteband van 1 nm door de hoofdcentrale naar de abonneeplaatsen worden toegezonden, waarbij de frequentie-afstand 20 tussen telkens twee naast elkaar gelegen optische draaggolven ongeveer 70 MHz bedraagt.

3. Breedband optisch distributiesysteem volgens conclusie 1 of 2, met het kenmerk, dat door de hoofdcentrale in een golflengteband van 1 nm een aantal 1 GHz ten opzichte van elkaar verschoven 25 ongemoduleerde gestabiliseerde optische draaggolven naar de abonneeplaatsen wordt toegezonden, waarbij aan elk van genoemde gestabiliseerde optische draagolven een gemoduleerde optische draaggolf wordt toegevoegd, welke een 70 MHz lagere frequentie heeft dan de erbijbehorende gestabiliseerde optische draaggolf. 30 35 8502 6 55