NO302728B1

NO302728B1 - Optisk kommunikasjonsnett

Info

Publication number: NO302728B1
Application number: NO902314A
Authority: NO
Inventors: John William Ballance
Original assignee: British Telecomm
Priority date: 1987-11-27
Filing date: 1990-05-25
Publication date: 1998-04-14
Also published as: DE3882922D1; FI107214B; HK134296A; JPH03502034A; EP0318333A1; CA1301252C; DK130090D0; DK129990A; DK129990D0; JPH03502991A; JP2780832B2; GB8727846D0; JPH03502391A; JPH0821959B2; JPH0716171B2; DE3882495D1; NO902315D0; FI107204B; NO902313D0; EP0318335B1

Description

Denne oppfinnelse angår synkronisering av digitale kommunikasjonsnett, f.eks. optiske fiberkommunikasjonsnett som betjener enkeltlinjetelefonavgrenin-ger.

En måte å utføre et optisk fiberkommunikasjonsnett på, er det såkalte FAS-nettet som er beskrevet i artikkelen med tittel "Future evolution of British TelecorrVs private circuit and circuit switched services" av dr. S. 0'Hara, IEE Colloquium februar 1986, som er rettet mot telefon- og databehovene til store forretningskunder med ti eller flere linjer. En hovedulempe med FAS-typen arkitektur er at den er avhengig av direkte dedikerte optiske koplinger punkt til punkt fra hver kunde til den lokale sentralen. Dette betyr at små til mellomstore forretningskunder som vanligvis bare har to til fem linjer, ikke på økonomisk måte kan tilkoples FAS-type nett. For private kunder med behov for bare en enkelt telefonlinje vil kostnadskravene være enda mer alvorlige og det fremgår av foreliggende estimater at det er usannsynlig at en direkte optisk forbindelse pr. kunde fra sentralen noen sinne vil bli en kommersiell mulighet.

Et forslag for å utvide bruken av optikk til flere enn store forretningskunder er å tilveiebringe nye bredbåndstjenester i tillegg til telefontjenesten, så som for eksempel kabel TV, som beskrevet i "The British Telecom switched star network for CATV" av W.K. Ritchie, BT Technology Journal, September 1984.

I en slik teknikk er det strategiske mål å søke å bevege seg mot et integrert multitjenestenett som kan utføre både smalbåndstjenster (telefoni og data) såvel som bredbånd (underholdnings TV, videobibliotek-tjenester etc.) slik at den relativt høye kostnaden ved å strekke en optisk forbindelse til privatkunden kan rettferdig-. gjøres ved den kombinerte oppnåelse av begge typer tjeneste. Hovedvanskeligheten med dette konseptet er imidlertid at det ikke for tiden er tilstrekkelig kundebehov for slike tjenester til å rettferdiggjøre den svært vesentlige investeringen som vil være nødvendig. Det er imidlertid en bred oppfatning både i Storbritannia og på kontinentet at den eventuelle utvikling av integrerte multitjenestenett er uunngåelig, og at den antagelig vil komme en eller gang i 1990-årene. Mens disse forhold er i ferd med å vinne frem, må enhver forlengelse av den optiske teknologien inn i lokalsløyfen i stor grad rettferdiggjøres ved å tilveiebringe kostnadseffektive løsninger for de grunnleggende telefoni/data-tjenester.

En mulig måte å løse problemet på, er en delvis optisk løsning hvor det optiske nettverket strekker seg så langt som til gatefordelingpunktet (DP), og hvor den kjente kopperlednings-forbindelsen blir brukt til slutt-tilkoplingen til telefon/ data-kundene.

Det er flere ulemper med denne fremgangsmåten. Den krever anvendelse av fjernt plassert elektronikkutstyr i feltet for å konsentrere trafikken økonomisk til høyt multipleksede matere tilbake til sentralen. Det er generelt behov for aktiv elektronikk både på gatesentralnivået og i DP. Det sistnevnte befinner seg også på gaten, unntatt når det gjelder forretningskunder som er store nok til å rettferdig-gjøre deres eget DP. For et slikt system er det potensielle problemer relatert til vedlikehold, pålitelighet, effektforsyning og effektforbruk til de fjerntliggende elek-troniske noder.

Fra EP-A-0 131 662 er kjent et digitalt kommunikasjonsnett som omfatter en sentral stasjon, en rekke utestasjoner og et transmisjonsmedium i form av et gren-arrangement mellom den sentrale stasjonen og utestasjonene. Den sentrale stasjonen sender en strøm av kringkastingsrammer i et DS-1 format. For å få en utestasjon i synkronisering for retur-dataoverføring, adresserer den sentrale stasjonen utestasjonen, instruerer den om at kommunikasjon vil foregå via en gitt tidsluke, og sender et dataord i denne tidsluken. Dette gjen-utsendes i denne tidsluken i retur-rammen ved mottaking i utestasjonen, og en teller for måling av rundreise-forsinkelsen stoppes ved gjenkjennelse av dataordet i den sentrale stasjonen. Et signal sendes til utestasjonen for å beordre den om å forandre sitt sende-tidspunkt i samsvar med forsinkelsen, slik at utestasjonens data vil bli mottatt korrekt i denne tidsluken i den sentrale stasjonen.

I samsvar med et første aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et digitalt kommunikasjonsnett omfattende en sentral stasjon, flere utestasjoner, et transmisjons-medium i form av et gren-arrangement mellom den sentrale stasjon og utestasjonene som i bruk fører multipleksede signaler til ute-stasjonene i form av en strøm av kringkastingsrammer, som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, hvor kommunikasjonsnettet er tilpasset for passiv multipleksing av retursignaler fra utestasjonene i en strøm av returrammer på nevnte transmisjon-medium, eller på et liknende transmisjons-medium spesielt for nevnte retursignaler; hvor for å etablere synkronisering av signaler som returnerer til den sentrale stasjonen fra utestasjonene, den sentrale stasjonen omfatter innretninger for å transmittere et første signal til utestasjonene, innretninger som reagerer på mottakstidspunktet for et respektivt andre signal fra en utestasjon ved å beregne en respektiv forsinkelse for det respektive andre signalet og ved å transmittere et respektivt tredje signal til utestasjonen, hvilket signal er representativt for den respektive forsinkelse; og hver utestasjon omfatter innretninger som reagerer på mottaket av nevnte første signal med å transmittere nevnte andre signal i et forut bestemt forhold til et mottatt synkroniserings-signal, og innretninger som reagerer på nevnte tredje signal ved å forsinke transmisjonen av det annet signal i passende grad. Kommunikasjonsnettet kjennetegnes ved at hver utestasjon er anordnet for å gjentidsinnstille sitt andre signal slik at det opptrer i en forut bestemt posisjon i hver returramme-transmisjon fra utestasjonen, hvorved de gjentidsinnstilte andre signalene fra alle transmitterende utestasjoner mottas samtidig i den sentrale stasjonen og effektivt danner et enkelt rammesynkroniserings-signal for retur-rammene.

I samsvar med et andre aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt et digitalt kommunikasjonsnett omfattende en sentral stasjon, flere utestasjoner, et transmisjons-medium i form av et gren-arrangement mellom den sentrale stasjon og utestasjonene som i bruk fører multipleksede signaler til utestasjonene i form av en strøm av kringkastingsrammer, som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, hvor kommunikasjonsnettet er tilpasset for passiv multipleksing av retursignaler fra utestasjonene i en strøm av returrammer på nevnte transmisjon-medium, eller på et liknende transmisjons-medium spesielt for nevnte retursignaler; hvor for å etablere synkronisering av signaler som returnerer til den sentrale stasjonen fra utestasjonene, den sentrale stasjonen omfatter innretninger for å transmittere et første signal til utestasjonene, innretninger som reagerer på mottakstidspunktet for et respektivt andre signal fra en utestasjon ved å beregne en respektiv forsinkelse for det respektive andre signalet og ved å transmittere et respektivt tredje signal til utestasjonen, hvilket signal er representativt for den res pektive forsinkelse; og hver utestasjon omfatter innretninger som reagerer på mottaket av nevnte første signal med å transmittere nevnte andre signal i et forutbestemt forhold til et mottatt synkroniserings-signal, og innretninger som reagerer på nevnte tredje signal ved å forsinke transmisjonen av det annet signal i passende grad. Kommunikasjonsnettet ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at hver utestasjon er innrettet for i bruk å transmittere et respektivt fjerde signal som forsinkes slik at det opptrer i en respektiv, forutbestemt posisjon i en returramme-transmisjon fra utestasjonen; og ved at den sentrale stasjonen er innrettet for å overvåke de mottatte fjerde signalene for å bestemme når et fjerde signal ikke er i sin forutbestemte posisjon og for å transmittere et respektivt korreksjonssignal til den respektive utestasjon, og derved opprettholde utestasjonens synkronisering.

I samsvar med et tredje aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å etablere utestasjon-synkronisering i en returramme i et digitalt kommunikasjonsnett som omfatter en sentral stasjon, flere utestasjoner, et transmisjons-medium i form av et grenarrangement mellom den sentrale stasjonen og utestasjonene som i bruk fører multipleksede signaler i form av en strøm av kringkastingsrammer som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, og nettet er tilpasset for passiv multipleksing av retur-signaler fra utestasjonene i en strøm av returrammer på nevnte transmisjons-medium, eller på et tilsvarende transmisjons-medium som er spesielt for retur-signalene, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene å sende et første kommandosignal til en valgt utestasjon for å bringe denne til å sende til den sentrale stasjonen et retur-synkroniseringssignal i et forut bestemt forhold til et mottatt rammesynkroniseringssignal, å behandle det mottatte retur-synkroniseringssignal for å generere et andre kommandosignal for å bringe den valgte utestasjon til å endre nevnte forut bestemte forhold, og å transmittere fra utestasjonen et ytterligere retur-synkroniseringssignal med det endrede forhold. Fremgangsmåten ifølge oppfinnelsen kjennetegnes ved at den valgte utestasjon transmitterer sitt retur-synkroniseringssignal ved begynnelsen av en del av en returramme som er synkronisert med det mottatte ramme-synkroniseringssignalet, hvilken del er dedikert til nevnte returramme-synkroniseringssignaler, at den sentrale stasjonen bestemmer forsinkelsen mellom et påkrevd mottakstidspunkt for retur-synkroniseringssignalet ved begynnelsen av nevnte del av retur- rammen mottatt i den sentrale stasjonen og det virkelige mottakstidspunktet for retur-synkroniseringssignalet, og at utestasjonen reagerer på mottak av nevnte andre kommando-signal ved å endre nevnte forut bestemte forhold med en tidsperiode som tilsvarer den bestemte forsinkelse, slik at det ytterligere retur-synkroniseringssignalet så mottas i den sentrale stasjonen i et påkrevd mottakstidspunkt for det ytterligere retur-synkroniseringssignalet.

I samsvar med et fjerde aspekt av foreliggende oppfinnelse er det tilveiebrakt en fremgangsmåte for å opprettholde utestasjon-synkronisering i et digitalt kommunikasjonsnett som omfatter en sentral stasjon, flere utestasjoner, et transmisjons-medium i form av et grenarrangement mellom den sentrale stasjonen og utestasjonene som i bruk fører multipleksede signaler i form av en strøm av kringkastingsrammer som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, og nettet er tilpasset for passiv multiplekning av retursignaler fra utestasjonene i en strøm av returrammer på nevnte transmisjonsmedium, eller på et tilsvarende transmisjons-medium spesielt for retur-signalene. Fremgangsmåten kjennetegnes ved at hver utestasjon sender et respektivt synkroniserings-sjekkesignal på et respektivt forut bestemt tidspunkt i et returramme-synkroniseringsparti av en returramme, og ved at den sentrale stasjonen ved mottak av synkroniserings-sjekkesignalene sender et respektivt kommandosignal til hver utestasjon hvis synkroniserings-sjekkesignal ikke er blitt mottatt i det respektive forventede.tidspunkt for å bringe denne til å endre tidsinnstillingen i dens retursignaler i samsvar med det respektive kom-mandosignalet og derved returnere til synkronisering innenfor returrammene.

Nettverket tilveiebringer fortrinnsvis en 128-delt optisk splitting for hver sentralledning med en hastighet på 20 megabit pr sekund under drift. Denne bithastighet/splittekombinasjon gir et attraktivt sett av valgmuligheter for både forretnings- og private kunder. Ved en valgt maksimal splitting på 128 (128 kunder pluss 8 testporter) vil det således være kapasitet til å mate hver kunde, dersom det er ønskelig, med en ISDN 144 kbit pr. sekund kanal eller ekvivalent kapasitet. I forretningsområder hvor flerlinjekunder er i majoritet kan en lavere optisk splitting anvendes, hvilket tillater å levere høyere kapasiteter pr. kunde. I det første tilfellet må nettverk planlegges slik at de leverer kapasiteter som ligger godt innenfor 20 Mbit pr. sekund matekapasiteten, hvilket gir en vesentlig margin for oppgradering både ved at det tilveiebringes tilleggsnummer på 64 Kbit/sekund linjer, eller at det innføres for eksempel ISDN-tjenester.

I et slikt nettverk er det å foretrekke at alle systemene er utformet i samsvar med et fast optisk tapskriterium som er egnet for den fulle 128 splittingen uten hensyn til den virkelige splittingsgrad som til å begynne med var nødvendig for det første kundesettet. Dette ville i stor planlegningskapasitet og tillater at tilleggs-kunder kan koples til nettverket ettersom behovet øker. Alle trinnene til 128 veis matrisen vil således være implementert på avgreningsstasjonen hvilket gir den fulle tapsspesifikasjon, men bare med minimale antall kopiere installert for å tilveiebringe forbindelser til de første kundene.

Selv om nettverket kan være utstyrt med et fullstendig passivt optisk nettverk med en direkte fibermating til de forskjellige forretnings- eller private kunder, kan det være tilordnet elektriske koplinger for å tilveiebringe en hybrid variant hvor det er en aktiv elektronisk node ved DP og kopperforbindelse til komponenten, men som er kompatibel med, og fullstendig oppgraderbar til, det optiske nettverk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Et slikt system kan vise seg å være mest økonomisk ved den første inntrengning på markedet på privatkunder, hvor kostnadene for telefon-tjenestene alene er de mest alvorlige.

En annen viktig fordel med den foreliggende oppfinnelse er nettverksutvik-lingen. Denne arkitektur gir vesentlige muligheter for utvikling mot fremtidens bredbånds multiserveisenettverk via tilføyelsen av separate optiske bølgelengder som fører de nye bredbåndstjenestene for samme passive optiske nettverk. Dette bør være mulig uten å ødelegge, eller å øke kostnadene til den originale tjenesten under forutsetning av adekvat planlegging og besørgelse av de nødvendige foran-staltninger ved tidspunktet for den initielle installasjon.

Komponentdelene til søkerens optiske nettverk kan hensiktsmessig klassi-fiseres under de tre hovedområdene bestående av: I) Optisk teknologi og optisk systemdesign, II) Optisk eksternt anlegg, III) Bittransportsystemdesign, IV) Nettverkgrensesnitt og totalsystemdesign, og V) Nettverkstyring og testing, som nå skal beskrives etter tur.

I Optisk teknologi og optisk systemdesign

a) Nettverk- topologi

Valg av topologi er en viktig faktor ved minimalisering av totalkostnadene til nettverket. Det er flere topologier som kan implementeres for å tilveiebringe et passivt optisk nettverk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse. Nøkkelfaktorer for sluttvalget vil være: installerings- og vedlikeholdskostnader, de tilveiebrakte tjenester, vekststrategi og potensial for utvikling til bredbåndstjenester. For hver mulighet som vurderes, må det initielle nettverkskostnadene omhyggelig veies mot potensialet for fremtidig utvikling. Valget ville innbefatte fullt toveisarbeide, delvis toveisarbeide, separate oppstrøms og nedstrøms-koplinger mellom sentralen og en kunde, og anvendelse av kopperledning i koplingen mellom DP og noen kunder i et ellers heloptisk fibernettverk.

b) Optisk splitterteknoloqi

De optiske effektsplitterne er hensiktsmessig smeltede fiberkoplere.

Langtidsmuligheter så som hologråfiske anordninger kan imidlertid når vi er fullt utviklet tilveiebringe innretninger for å oppnå potensielt lavere kostnader.

c) Kundens lasertransmitter- modul

Kundens laser er en av de mest kritiske komponentene som påvirker kostnadene til kunden. De detaljerte driftskravene til enhver anordning som kreves og koster lite bestemmer spesielt valgene av pakkeutforming, driv- og beskyttelses-elektronikk og laserpålitelighet (koplet med omgivelsesytelse). For eksempel vil det være sannsynlig at det er ønskelig med en ikke-avkjølt pakke for en lavkost-transmittermodul for å kunne redusere effektforbruk, forenkle pakkeutformingen og sammensetningen og å redusere de totale transmitter-kostnadene. Fjerningen av kjøleren resulterer imidlertid at temperaturen til laseren blir ukontrollert, hvilket har den følge at laserens slitasjehastighet økes i den øvre ende av området for omgivelses-temperaturen. I tillegg vil temperatur-avhengigheten til laser/fiber-koplingen bli mer kritisk. I systemet vil det være nødvendig med høye pulseffekter for å overkomme splittetapene i nettverket. Dersom høye, optiske effekttopper skal unngås, hvilket fører til høye strømtettheter og lavere pålitelighet, vil lavkost-pakker med god koplingseffekt være ønskelig. Selv om bithastigheten på 20 megabit pr. sekund som for tiden vurderes, tillater anvendelsen av lavkostnads CMOS VLSI, kan alternativt transmittere/mottakere som arbeider ved 45 til 50 Mbit/sekund være tilveiebrakt. Slike anordninger kan i virkeligheten, selv om de anvender mer kostbar elektronikk totalt bli billigere når det tas hensyn til at pakke-kostnadene sannsynligvis vil være dominerende. Disse kostnadene vil være påvirket av graden av fremstillingsinvestering/-automatisering som må utføres som en i sin tur vil være bestemt av forventet produksjonsvolum.

Det må forstås at det foregående relaterer seg til kostnadene vedrørende implementering av et nettverk som beskrevet i forbindelse med den foreliggende oppfinnelse, og at mer kostbare laseranordninger kan anvendes selv om dette antakelig vil resultere i økte kostnader.

Sendertransmitteren blir fortrinnsvis drevet ved en lav driftssyklus som beskrevet i søkerens parallelle GB patentsøknad UK 8700069, inngitt 5. januar 1987. Det er videre å foretrekke at laserens utgangsnivå blir styrt ved fjernover-våkning fra sentralen som beskrevet i søkerens parallelle GB patentsøknad 871036, inngitt 6. mai 1987, hvilket tillater eliminering av overvåkningsfotodioden fra kundens transmitter eller frigi denne fra å bli brukt som en detektor.

d) Kundens mottakermodul

Kundens mottaker vil kreve nærmest de samme prisreduksjoner som trans-mittermodulen for å sikre økonomisk gjennomslag for nettverket overfor kunder med få linjer, men det understrekes at dette ikke kan oppnås på bekostning av dårlig optisk ytelse siden dette ville påvirke det optiske effekt-budsjettet i negativ retning og derved de totale nettverkskostnadene.

e) Optisk blokkerinqsfilter

En foretrukket komponent er en optisk blokkeringsfilter siden dette sikrer at

fremtidig oppgradering er mulig uten å forstyrre de eksisterende telefonkunder. I noen nettverktopologi-muligheter (for eksempel full dupleks) kan det hjelp til ved å håndtere problemene med krysstale med utspring fra refleksjoner. Dersom forskjellige bølgelengder anvendes i oppstrøms og nedstrøms-retningene kan således smalbåndfiltere anvendes for å diskriminere reflektert lys før dette når de optiske mottakerne.

De forskjellige teknologier vil være eller bli tilgjengelige med gitter, interferens og holografiske anordninger som gir potensial for å oppnå lavkostnads-anordninger.

Initiell analyse indikerer at det optimale stedet for filteret for å minimalisere kostnadene og driftsvanskeligheter er i kundens mottaker. Det bør være mulig å innskyte deler av dikromatisk gelatin (DCG), flersjikts dielektriske interferens eller et fotopolymerfilter mellom mottakerfotodioden og pakkeende-fiberen, eller å av-sette flersjikts dielektrisk eller annet filtermateriale direkte på mottakerfotodiodene i skivetrinnet. Andre måter å montere filteret på er beskrevet i det etterfølgende,

f) Optisk utstyr i sentralen

Det optiske utstyret i sentralen har, selv om det ikke er så kostnadsfølsomt

som kundeutstyret en mer krevende ytelses-spesifikasjon. Lasersenderen må ha en høy midlere utsendt effekt og en godt styrt og nøyaktig spesifisert senterbølge-lengde. En enkel, longitudinal moduskilde (for eksempel DFB eller DBR-laser) blir fortrinnsvis brukt for å sikre at bare en minimal bredde av det optiske spekteret må allokeres til den initielle telefontjenesten, og at det derved bevares så mye som

mulig av verdifullt spektrum til fremtidig tjeneste-økning. Mottakeren må være sensitiv og kunne håndtere tidsforstyrrelser som skyldes ikke-perfekte avstands-forsinkelseskompensasjon, og ulik optisk effekt i nabobit på grunn av ulike bane-dempinger og toleranser i den utsendte effekt i kundens laser. Det foretrekkes således at mottakeren har en DC-koplet utforming eller at den i det minste har terskelverdien i beslutningskretsen DC-koplet i forhold til nullnivået til den optiske bitstrømmen.

II Eksternt optisk anlegg

a) Passivt nettverkdesign

Ideelt er nettverket utformet slik at det er i stand til å vokse og endre seg

både når det gjelder tilføyelse av telefonkunder og når det gjelder nye tjenester (bølgelengder). I den mest foretrukne form er det et full dupleks avgrenet nettverk hvor bølgelengdeområdet til anlegget og sensitiviteten til nettverket ovenfor refleksjoner er kritiske aspekter som har signifikante virkninger på størrelsen av nettverket og spesifikasjonene knyttet til hver komponent. Undersøkelser som er foretatt av søkeren har vist at virkningen av refleksjoner er signifikant og deres påvirkning må tas hensyn tii dersom det ikke skal anvendes et fullstendig duplisert fibernettverk oppstrøms og nedstrøms. Bølgelengdeområdet til anlegget er viktig når det gjelder tilføyelsen av nye tjenestebølgelengder. Bølgelengde-flatheten til

hver komponent og en total tilpasning av komponenter for å optimalisere effekt-forbruket må tas hensyn til ved utformingen av et nettverk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse,

b) Komponenter

Kritiske elementer er het bølgelengdeflatene koplerrekker, optiske blokke-ringsfiltre, konnektorer for anvendelse i kundens utstyr og skjøteteknikker som er egnet for anvendelse i et bredt område i alle omgivelser. De første to elementene på denne listen er allerede omtalt i avsnitt I ovenfor. Et interferens (eller annet) optisk filter, kan alternativt være innlemmet i konnektoren på kundens premisser. Den alternative strategien for å eliminere kundens konnektor og å anvende en fast oppkopling er en annen mulighet. Andre fremgangsmåter for å innlemme det optiske filter i systemet kan vurderes, innbebefattende for eksempel fiberbaserte anordninger som ville måtte sammenskjøtes, enten i kundens utstyr eller i den optiske innføringskablingen.

Ill Bittransportsvstem- desiqn

a) Bittransportsystemet (BTS) til nettverket kan til slutt måtte føre og danne grensesnitt med mange forskjellige tjenester, for eksempel

- analog telefoni - ut av kanalsignalering (64 + 8 kbit/s)

- analog telefoni - i kanalsignalering (64 kbit/s)

- grunnhastighet ISDN (2 x 64 + 16 kbit/s)

- primærhastighet ISDN (2048 kbit/s)

Selv om hovedinitialkravet er forventet å være utførelse av analog telefoni med ut av kanal-signalering (64 + 8 kbit/s) er det høyst ønskelig å utforme en BTS med en ramme og kanaltilordningsstruktur som kan utføre alle tjenestene som er nevnt ovenfor bare ved å endre tjenesteaksess-enhetene. Dette er viktig for for eksempel den fremtidige kompatibiliteten med nye tjenester.

Den høyeste felles faktor bit-hastighet for den ovenfor eksempler på tjenester er 8 kbit/s. Siden denne hastigheten også er samplehastigheten for teletjenes-ter og korresponderer med en 125 mikrosekund grunnleggende rammeperiode, korresponderer hver bit innenfor 125 mikrosekund ramme med en 8 kbit/s grunnleggende kanal. En kundetjeneste blir således tilveiebrakt ved å tilordne et heltall antall av disse 8 kbit/s kanaler, for eksempel analog tale med ut av kanal-signale ring tilordnet 9 kanaler, hver på 8 kbit/s, anordnet for å bevare taleintegritet, korresponderende med 9 bit innenfor 125 mikrosekund grunnleggende ramme, en grunnleggende ISDN hastighetstjeneste vil være tilordnet 18 slike 8 kbit/s kanaler, d.v.s. 18 bit innenfor den grunnleggende 125 mikrosekundrammen.

I tillegg til informasjonskanalene innenfor den grunnleggende rammen vil det også være en 8 kbit/s husholdnings-kanal på hver kundes optiske terminering. Denne vil utføre husholdningsmeldinger. Dette betyr at en kunde som krever en analog telefonikanal med ut av kanal signalering å ha et total på 8 grunnleggende 8 kbit/s kanaler tilordnet seg, og korresponderende må en grunnleggende ISDN-hastighetskunder og tilordnet et total på 19 grunnleggende 8 kbit/s kanaler.

En ytterligere mulighet for den grunnleggende ramme-strukturen er å anvende en interfoliert bit-protokoll for å kunne maksimalisere enhver fordel som kan oppnås ved å drive kundens laser i en lav driftssyklusmodus, samtidig som det opprettholdes den samme rammestrukturen i begge transmisjons-retningene. Dette betyr at snarere enn å transmittere bitene (8 kbit/s kanaler) tilordnet en bestemt kunde sekvensielt, vil de bli spredd ut temmelig likt over hele den grunnleggende 125 mikrosekund ramme-perioden.

b) Autoinnstillinqssvstem

Innenfor den totale strukturen på reservetid (når tjenestedata ikke blir transmittert) reserveres periodisk for innstillings-prosessen. Tiden som er reservert for innstilling bestemmer den geografiske avstanden over hvilken innstillingen kan utføres. Frekvensen hvorved innstillingen finner sted bestemmer den faste bithastigheten som vil bli brukt. For å forenkle tidsinnstilling og synkronisering bør innstillingsperioden være hele multipler av den grunnleggende rammeperioden (125 mikrosekunder). En rammeperiode på 125 mikrosekunder tillater adekvat tid til å innstille over en geografisk avstand på 10 km mens 250 mikrosekunder vil tillate innstilling over 20 km. For å kunne redusere den faste bithastigheten til omtrent 1 % er en 10 millisekunders periodisitet for innstilling mulig, (dette korresponderer til 80 grunnleggende datarammer fulgt av en innstillingsrammen, en bithastighets-økning på 81/80)

Det er fortrinnsvis tre nivåer eller faser ved innstilling.

Fase 1 innstilling finner sted for optiske termineringer (OT) når de først blir forbundet med systemet. I dette tilfellet har sentralenden ingen informasjon med hensyn til baneforsinkningen til og fra OT. Sentralenden vil derfor anvende innstillingsperioden til å måle denne baneforsinkelsen og så informere den nettopp innkoplete OT hvilken lokal forsinkelse som skal settes opp for korrekt tidsinnstilling.

Fase 2 innstillingen foretas for terminaler som allerede er koplet til nettverket når en ny oppkalling blir initiert eller når den optiske terminalen blir på-skrudd etter fråkopling fra den lokale effekt-forskyvningen. I dette tilfellet vil innstillings-protokollen sjekke forsinkelses-perioden som tidligere var tilordnet en OT, og om nødvendig foreta små korreksjoner. For å kunne maksimalisere laserens levetid tilrås at OT ikke transmitterer utenom når de fører trafikk, og innstilling vil derfor ikke foretas ved terminaler som går på tomgang.

Fase 3 innstilling er automatisk og blir utført periodisk mens en OT fører trafikk. Sentralenden vil overvåke tidsinnstillingen fra hver aktiv terminal og instruere disse terminalene (ved bruk av husholdningskanaler) for å foreta mindre korreksjoner i de lokale forsinkelser dersom noen av tidsinnstillingene starter å drive. Innstillings-funksjonen tilveiebringer innretninger for å synkronisere hver kundes data i oppstrømsretningen, og kompenserer for forskjellige linjelengder og fluktua-sjoner i forplantningsforsinkelsen gjennom nettverket. Automatisk innstilling vil være nødvendig for periodisk å foreta mindre justeringer for å korrigere enhver tidsinnstillingsdrift. Anordning av et reservebatterisystem for kundens nettverks-terminering er nødvendig for å opprettholde telefontjeneste under perioder med større feil.

IV Nettverkarensesnitt og totalsvstem- desian

BTS som er beskrevet i det forutgående avsnittet tilveiebringer en innretning for å transportere bit over det passive optiske nettverket. Det er behov for egnede grensesnitt mellom BTS og den digitale sentralen, og mellom BTS og kundens apparat for å kunne utføre tjenester i samsvar med totalkravene til kommunikasjonsnettverket. Totalsystemet omfatter testing, nettverkgrensesnitt, pålitelighet, nettverkstyring, effektforsyning o.s.v.

a) Tjenester

Det primære tjenestekravet til et nettverk i henhold til oppfinnelsen er forventet å være analog telefoni. Slik tjeneste må utføres kostnadseffektivt mellom et analogt direkte sentrallinje-grensesnitt på kundens premisser og et DASS2 2,048 Mbit/s grensesnitt til det 64 kbit pr. sekund svitsjede nettverk. Foruten analog telefoni er det også en rekke andre tjenester som for tiden utføres på en analog måte over det lokale kopperpar-nettverk. BTS-rammestrukturen og protokol-lene må være fleksible nok til å overføre grunnleggende hastighets ISDN eller CATV-signalering. Det er et viktig prinsipp at tilføyelsen av fremtidige nye tjenester ikke forhindres av en restriktiv "bare telefon" utforming. Tilveiebringelsen av et nettverk til minimale kostnader kan imidlertid komme i konflikt med dette hensyn, og det kan være nødvendig å gjøre en fin balanse. Fremgangsmåtene som kan anvendes for å tilveiebringe tilleggstjenester innbefatter økt bruk av TDM ved å øke bithastigheten og å utvide rammestrukturen, innføring av WDM og anordning av tilleggs-fibere. Disse fremgangsmåter er beskrevet nedenfor.

b) Nettverk og kundeqrensesnitt

Et primært krav i det britiske nettverket vil være å lage et grensesnitt mellom nettverket og et 64 kbit/s svitsjede nettverk over 2,048 Mbit/s DASS2 koplinger med statistisk multiplekset signalering i tidsspalte 16. Det vil da være nødven-dig med protokollkonvertering ved sentralenden for å endre fra den kanaltilordne-de signalering over BTS til den statistisk multipleksede formen som er nødvendig for den digitale sentralen. ISDN med grunnhastighet vil måtte håndteres på en tilsvarende måte med behov for I-serie til DASS2-konvertering. på et tidspunkt i fremtiden vil imidlertid det 64 kbit/s svitsjede nettverket være i stand til å håndtere l-serieprotokoller som tillater at I-serie til DASS2-konvertering kan elimineres. Spesifikasjonen for det analoge telefonkunde-grensesnittet er definert i BTNR 315, men bare uttrykt ved grensesnittet i sentralen, og ikke i kundens terminering.

Det tilrås en rekke kundeenheter for å være leverandør fra såvel flerlinje-forretningsbrukeren til den private enkeltlinjebruker. Modularitet i det grunnleggende elementer vil være fundamental for enhver kundeenhetutforming for å tillate d r ifts-fl e ks i b i I itet. Sløyfefrakopling og MF4 signalering vil være besørget.

c) Kabling

Mange av problemene på dette området er felles for enhver nettverkstruk-tur. Modifikasjoner av eksisterende løsninger vil sannsynligvis være tilstrekkelig for sentral-kabinett og kabinett-DP forbindelsene. Gatemultipleks-versjonen av nettverket vil ikke kreve vesentlige kabelutviklinger.

d) Effektforsvninq

Nettverktermineringen på kundens premisser vil være avhengig av at

vekselstrøm tilveiebringes av kunden. Dette skiller seg fra dagens praksis med kopperparnettverket hvor effekt mates fra den lokale sentralen.

e) Hus/ kabinetter

Det er et første siktemål å montere komponenter ikke i eksisterende kabinetter i modulformater.

DP-lokaliseringen følger som en vurdering av DP-strategien som skal anvendes, (for eksempel kabelterminering på stolpetopp eller fortausboks). På en tilsvarende måte er det muligheter for å foreta kunde-terminering (i hus, i garasje etc) som vil kreve evaluering før en utstyrsutvikling. Når det gjelder kundetermine-ringen er den fysiske sikkerheten åpenbart en faktor som det må tas hensyn til sammen med anordning av effektforsyning, batteri back up etc. Det er i virkeligheten trolig at kunden vil kreve to hus eller kabinetter, et for å endre fra nedfø-ringskabelen til den interne kabelen og den andre til hus-elektronikken, batterier etc.

Bruk av gatemultipleks-muligheten medfører at et ekstra kabinett må utfor-mes og flytter noen av termineringsproblemene til det eksterne nettverket. På dette området må derfor effekt-forsyning og omgivelsesvilkår vurderes.

V Nettverkstyring og testing

Nettverkstyring gjør det mulig å drive og opprettholde nettverket på en effektiv og pålitelig måte. Foranstaltningene som er nødvendig for å implementere en høy grad av fjern sentralisert styring, innbefatter overvåkningen av utstyrstatus, fjerntesting og diagnosestilling, peilerapportering og analyse; korrelasjon og gjen-vinningsprosedyrer, nettverkoppstart, konfigurasjon og ressurs-styring.

Målet for det generelle nettverkvedlikehold vil være hurtig å detektere og reparere feil med minimale kostnader og ulemper for kundene. Ideelt bør dette foretas ved at en detekterer en mindre nedgang i tjenesteytelsen, og ikke ved at den venter inntil feilen på alvorlig måte påvirker tjenesten. Sentralisert nettverkstyring og diagnostisering bør sørge for at feil-lokalisering bringes til et adekvat nivå, slik at feilretting kan utføres på et enkelt besøk av en trenet tekniker.

Noen vedlikeholdsfunksjoner kan innlemmes i DASS2-meldingene som passerer over 2,048 Mbit/s grensesnittene via sentralen til brukerens drifts- og vedlikeholdssenter OMC. Andre funksjoner vil imidlertid sannsynligvis måtte håndteres fra et nettverk-administrasjonssenter som kan samle data fra nett-verkets husholdningskanaler til et antall kundeutstyrsenheter.

Spesielle utførelser av den foreliggende oppfinnelse skal nå beskrives, men bare som et eksempel, og med henvisning til de medfølgende tegninger i hvilke

Fig. 1 viser skjematisk et fiberoptisk kommunikasjonsnettverk.

Fig. 2 er et skjematisk diagram over nettverket på figur 1 anordnet for full toveis drift; Fig. 3 er et skjematisk diagram av et nettverk anordnet for delvis toveis drift; Fig. 4 er et skjematisk diagram av et nettverk som har separate optiske ned strøms og oppstrøms baner mellom en kunde og en sentral; Fig. 5 er et skjematisk diagram av et nettverk hvor det er kundeterminaler koplet til en DP ved hjelp av kopperpar; Fig. 6 er et skjematisk diagram av en smeltet optisk koplerrekke for anvendelse med nettverkene på figurene 1-5; Fig. 7 er et skjematisk blokkdiagram av en BTS for anvendelse med nettverkene på figurene 1 til 5; Fig. 8 er et skjematisk blokkdiagram av en sikret transmisjons-modul som kan anvendes i kundeterminaler i nettverkene på figurene 1-5; Fig. 9 er et skjematisk diagram av et multiplekssystem som kan anvendes med et nettverk som vist på figur 1; Fig. 10 er et skjematisk diagram av et eksperimentelt arrangement som simulerer fullt installert nettverk; Fig. 11 er en tabell som viser de mulige økninger i et grunnleggende telefonnett-verk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse og tilordnede teknolo-giske økningen som forventes å være nødvendige for å tilveiebringe økningene; Fig. 12-14 viser tre trinn i en mulig utvikling av et nettverk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse, som til å begynne med bare utfører en telefontjeneste til et utvidet multitjeneste-nettverk. Fig. 15-19 viser rammestrukturen til BTS vist på figur 7;

Fig. 20-22 viser hodeenden til BTS på figur 7; og

Fig. 23-25 viser kundeenden til BTS på figur 7.

På figur 1 er det vist det grunnleggende konsept for et nettverk i hvilket den foreliggende oppfinnelse kan implementeres. Et optisk fiberkommunikasjonsnettverk er vist og dette er en sentral 4 koplet ved hjelp av optiske enkeltmodusfibre 6 til 120 kunder 8, hvorav bare en for tydelighetens skyld er vist. En tonivå optisk splitter er anordnet på kabinett og DP-nivå ved hjelp av respektive bølgelengde-flatene hos optiske kopiere 10 og 12.

Hver kunde 8 mottar en fiber 14 fra en DP og via denne et TDM signal utsendt fra sentralen 4. Kundens utstyr aksesserer de bestemte tidsspaltene i TDM-signalet som er tiltenkt denne destinasjon pluss tilordnede signaleringskanaler. Ytterligere grensesnittkretser (ikke vist) besørger de detaljerte tjenester som er ønsket av kunden, for eksempel analog telefoni eller ISDN-tjenester. Kunde transmitterer digital tale eller data tilbake til sentralen under anvendelse av OTDMA i en lavdriftssyklus-modus med de konvergerende trafikkstrømmene passivt interfoliert i DP eller kabinettavgrenings-punktene. Korrekt tidsinnstilling oppnås ved å synkronisere kundens utstyr med en sentral klokke og anvende en inn-stillingsportokoll for å innstille en digital forsinkelseslinje i kundens utstyr til å aksessere ledige tidsspalter i sentralmottakeren.

Det er anordnet to tilleggs-amplitudeterskler i sentralmottakeren, hvilket tillater overvåkning og styring av den mottatte amplituden. Hver kundes tidsspalte blir samplet sekvensielt og sendereffekten blir justert via en nedstrøms telemetri-bane slik at de mottatte signalene faller mellom de to tersklene. En av fordelene med denne utførelsen er at det ikke er nødvendig å anordne en overvåknings-fotodiode på hver fjerntransmitter.

Kostnadene til kundens transmitter kan reduseres ytterligere siden den arbeider i en lavdrifts-syklusmodus. Ved at den arbeider i denne modus, er det ikke behov for temperatur-regulering av kilden. Driftssyklusen avhenger av hvor mange tidsspalter som aksesseres og for en enkelt linjekunde kan de være så få som 1:128.

Foreløpig systemdesign gjør det fordelaktig med en optiske splitting på opptil 128 måter og en transmisjonshastighet på 20 megabit pr. sekund. Dette gir mulighet for et attraktivt sett av tjenester for både forretnings- og private kunder. Tilstrekkelig kapasitet er tilgjengelig til å mate opptil 120 kunder (hvilket tillater åtte reservetestporter) med en 144 kbit/s ISDN-forbindelse. Forretningskunder som krever større kapasiteter, kan aksessere flere tidsspalter etter behov, opptil den maksimale kapasiteten til systemet.

Siden nedstrøms trafikken blir utsendt, krever systemdesignen mål for å sikre kommunikasjonssikkerhet. Tilfeldig aksess til tidsspalter kan forhindres ved passende design av kundens terminal 8. Tidsspalter blir aksessert i samsvar med innstillingen av den digitale forsinkelseslinjen i kundens utstyr. Denne funksjon blir fjernstyrt fra sentralen 4. Kryptering og tidsspalte-hopping er andre mål eller muligheter som kan vurderes som nødvendige.

Det refereres nå til figur 2 hvor det optiske nettverket 2 på figur 1 er anordnet for full toveis drift. Problemer med refleksjoner og duplekskoplertapene blir redusert ved å drive nettverket med forskjellige oppstrøms og nedstrøms bølge-lengder, med nedstrøms-trafikken (fra sentralen 4) på 1550 nanometer og opp-strøms-trafikken på 1330 nanometer kan således koplerne 16 på hver ende av systemet være utformet slik at de har mye mindre innføringstap. I tillegg avhjelper bruken av optiske blokkeringsfare 10 på kundens terminalmottaker (for å avvise det reflekterte lyset) krysstaleproblemer i vesentlig grad, selv om dette selvfølgelig medfører kostnader med tilveiebringelsen av filterfunksjonen.

Det fullstendige toveisnettverket har fordelen at det minimaliserer mengden av fiber som må installeres, men det lider mer alvorlig av potensielle krysstaleproblemer enn de andre nettverkene, og derfor anvendes separate oppstrøms- og nedstrøms-bølgelengder og filtrene 18. Nettverket bruker et minimum på 2N kopiere, (hvor N er antallet kunder, idet det er 2 kopiere pr. kunde). Krysstalen skyldes at lys reflekteres tilbake fra enhver ikke-terminert fiberende i nettverket (når endene er forberedt for å kople inn nye kunder for eksempel). En tilleggs-ulempe med denne fulldupleks-topologien er at splitterne som er nødvendig på hver ende av systemet, medfører en økning på omtrent 6 til 7 dB i optiske banetap sammenlignet med andre topologier.

Et alternativt nettverk er vist på figur 3 hvor koplerne 16 på figur 2 er innlemmet i kabinett og DP-splitterne, hvor den sistnevnte for kunde 8 er benevnte som splitter 20. Dette anvender et minimum på 2N-1 kopiere, en mindre enn det fulle dupleks-nettverket, men det krever flere fibere. Det har også en tilleggsoptisk effekt på 3 til 3,5 dB tilgjengelig som kan anvendes får å øke den optiske splitte-størrelsen (og således redusere mengden av fibere pr. kunde (eller til å senke systemutformings-marginalene). Igjen kan ytterligere diskriminering av refleksjoner oppnås ved å anvende forskjellig oppstrøms- og nedstrøms- bølgelengder samt optisk filtrering.

Med henvisning til figur 4 er det vist et optisk fiberkommunikasjonsnettverk som har fysisk separate oppstrøms og nedstrøms optiske baner 2 og 2' hvor de respektive ekvivalente komponentene på figur 2 er merket med de samme tall og de samme merkede tall.

Nettverket som er vist på figur 4 har fysisk separate oppstrøms og ned-strøms optiske baner og refleksjonsproblemene unngås derfor fullstendig. Der anvender 2N-2 kopiere, to mindre enn antallet som er nødvendig for full dupleks-systemet, men det bruker dobbelt så mange fibere. Antallet fibere pr. kunde er imidlertid lite i disse delte aksessnettverk slik at fiberkostnaden ikke overhodet er kritiske for systemets økonomiske levedyktighet. I tillegg er det tilgjengelig 6 til 7 dB ekstra

effekt, hvilket i prinsippet kunne anvendes til å kvadrere splittestørrelsen og potensielt ytterligere redusere antallet fibere pr. kunde. Siden oppstrøms og ned-strømsbanen er fysisk separate, er det ingen fordel med å anvende forskjellige bølgelengder for de to transmisjonsretningene.

Det forventes at fulldupleksen som er vist på figur 2 vil vise seg å være den mest kostnadseffektive utførelsen. Nettverket på figur 4 bør imidlertid vurderes i en viss grad for å se om det er mulig at de praktiske utformingsfordelene som er knyttet til det lavere optiske effektkravet samt at det ikke er refleksjonsproblemer kan oppveie de ekstra fiberkostnadene som er involvert.

Nettverket på figur 5 illustrerer et valg basert på nettverket på figur 2 for tidlig utbredelse på privatkunde-telefonmarkedet. Det innbefatter et aktivt elektronisk fordelingspunkt i DP som kan utnytte den eksisterende kopperavgrenings-ledningen 24 som er ellers koplet til en fullstendig passiv optisk arkitektur. Denne topologien kan anvendes i korte til medium anlegg hvor fullt nettverk i samsvar med den foreliggende oppfinnelse er anlagt til forretningsgatenivå hvor private kunder på samme ruten kan koples til systemet og derved unngås fjerning av kopperkabelen. Siden den optiske teknologien fortsetter å redusere kostnadene, kan den aktive DP fjernes og det fulle nettverk bli utvidet til privatkundene for å åpne for nye bredbåndstjenester.

Et eksempel på en smeltet fiberkopler som anvendes i de optiske nettverkene på figurene 1 til 5 er vist på figur 6.

Den smeltede fiberkopler-splitteren 30 er fremstillet av en flertrinnsrekke av "element" 2x2 kopiere 32. For å kunne bevare potensialet for begge optiske vinduer i fiberen (1300 nanometer og 550 nanometer), blir det brukt bølgelengde-flatende innretninger.

Individuelle 2x2 bølgelengdeflatende kopiere har nå blitt kommersielt tilgjengelige. Teknikken for å fremstille 2x2 element-koplere er beskrevet i søke-rens parallelle VB-patentsøknad nr. 8519183. Forbedringer i koplingsforholds-toleranse og flate spektrale karakteristikker spesielt er ønskelige siden dette har en direkte innvirkning på den optiske effekt-økonomien, den optiske splitt-størrel-sen og systemets totaløkonomi. De første resultater indikerer en koplings-forholds-variasjon på rundt 1 dB over det fullstendig optiske vinduet (1275 nanometer til 1575 nanometer) hvilket medfører et omhyggelig valg av koplerparame-teret og systembølgelengder dersom for eksempel 128 veis splittemålet nevnt ovenfor skal kunne realiseres økonomisk.

Den optimale størrelsen på den totale splittingen blir påvirket av forskjellige faktorer og en hvilken som helst passende utforming kan velges. Faktorer som påvirker splittestørrelsen er: kostnader, optisk effektøkonomi, systembithastighet, tjenestekrav, antall linjer pr. kunde etc. En forstudie basert på en enkel optisk effektøkonomimodell for toveis nettverket på figur 2 og forutsetningen av en maksimal systembit-hastighet på rundt 20 megabit/s, har indikert en binær splittestør- reise på 128. Denne vil korrespondere til 120 kunder pluss 8 testaksesspunkter med kapasitet tilgjengelig til å mate 144 bit/s ISDN (eller ekvivalent bithastighet til hver individuell kunde).

Med henvisning nå til figur 7 er det vist en avgrening av et bit-transportsys-tem (BTS) for anvendelse med nettverket vist på figur 1. En tjenesteaksess-enhet 34 i sentral.en 4 vil besørge en nettverks-tjeneste, for eksempel analog telefoni, primærhastighet ISDN (2 Mbit/s), 64 kbit/s datakrets, o.s.v. og konvertere denne til et standard grensesnitt for BTS. BTS vil så overføre denne tjenesten til et ytterligere standard grensesnitt i terminalutstyret til kunden 8. På dette punkt vil en kundebasert tjenesteaksessenhet 40 konvertere grensesnittet til det nødvendige formatet for kundeutstyret, for eksempel analog telefoni.

Ved siden av tjenestene og annet tilordnet signalering etc, fører BTS også nettverkshusholdnings-meldinger. Disse husholdnings-meldinger besørger jevnt drift av systemet, og er ikke tjenestene som føres, og innbefatter de følgende systemfunksjoner: a. En innstillingsprotokoll for å holde hver kanal korrekt tidsinnstilt i sentralenden til systemet, b. Muligheten for på avstand å kunne skru av kundens utstyrslasere for feil-diagnostiseringsformål. c. Fjerninnstilling av drivstrømmen til kundelaserne for å styre den utsendte optiske effekten. d. Tilveiebringelsen av terminal/kunde-identifikasjon, validering og kanaltilord-ning.

e. Tilveiebringelse av feildiagnostiserings-data og system-utspørringsmeldin-ger.

Innstillingsfunksjonen besørger innretninger for å synkronisere hver kundes data i oppstrøms-retningen, kompensering for forskjellige linjelengder og fluktua-sjoner i forplantnings-forsinkelser i nettverket. BTS utfører innstilling periodisk og foretar mindre justeringer for å korrigere enhver tidsdrift automatisk.

Figurene 15 til 19 viser mer detaljert en BTS som er i stand til å utføre en ISDN-tjeneste for 128 kunder.

Den grunnleggende ramme (BF) (figur 15) er vist som omfattende 230s bit av datatrafikk og 128 enkeltvis husholdningskanaler og 12 bit for fiber-identifikasjon (ID) som i dette eksempelet ikke blir brukt og således er i reserve.

Hver av de 2304 bit datatrafikk korresponderer med en 8 Kbit/s basiskanal fra en 30 kanal TDM "motorvei". En kundetjeneste blir så tilveiebrakt ved å tilordne et heltall antall av disse 8 Kbit/s kanaler til hver kunde. For en basis-hastighet ISDN-tjeneste er hver kunde tilordnet 18 slike 8 Kbit/s kanaler, d.v.s. 18 bit innenfor BF. Således representerer 2304 bit 128 ISDN-tjenestekanaler som hver er på 18 bit.

BF inneholder alle dataene fra alle disse kanalene som opptrer innenfor en sampleperiode. En BF inneholder således effektivt en rammes verdi (av 2 Mbit/s motorvei) av data fra 2304 8 Kbit/s kanalene og de 128 husholdningskanalene. BF er identisk for både hodeenden og kundeenden (utsendelse) og kundeende til hodeende (retur) transmisjoner.

Figur 16 viser en multiramme som er laget av et parti 50 omfattende 80 BF og en synkroniseringsramme (SF) 52 som er ekvivalent med 2 BK. Multirammen har en periode op 10 ms og omfatter 200408 bit. Transmisjon gjennom BTS opptrer derfor med hastighet på 20,0408 Mbit.

Utsendelsen SF 52 (fra hodeenden) tjener en forskjellig funksjon enn retur SF (fra kundeenden). Figur 17 viser SF 52 fra hodeenden mer detaljert. De siste 140 bit (52A) til SF fra hodeenden er vesentlige for systemdriften siden de er multiramme-synkro-niseringsmønsteret fra hodeenden til kundeenden, og som omfatter for eksempel 140 null bit, som blir identifisert av kundeenden og således gjøre det mulig for kundeenden å lokalisere og motta dataene som er tiltenkt denne fra multirammen. De første 4748 bit (52B) sikrer at utsendelse og returrammestrukturene har det samme formatet. Disse 4748 bit kan også bli brukt til fiberidentifikasjonsformål og generell utsendelsessystem-vedlikehold og kan generelt refereres til som systemets "husholdnings"-data. Figur 18 viser SF (53) fra kundeenden. Denne SF blir primært brukt til innstilling, selv om den også kan brukes til å identifisere aktive kundeender som er koplet til fiberen i ethvert punkt i nettverket. Retur SF er inndelt i segmenter 54A og 54B forfase 1 innstilling og forfase 2 innstilling.

Fase 1 innstilling anvender de første 4288 bit (54A). Dette gir mer enn litt over 200 mikrosekunder blanketid, hvori en kundeende av gangen kan innstilles. For å gjøre dette, vil en husholdningsstyre-innretning 90 ved hodeenden instruere en tilsvarende husholdningsstyre-innretning 92 i en nylig installert kundeende om å utsende en enkelt puls, som danner en andre puls i henhold til den foreliggende oppfinnelse, ved starten av fase 1 perioden. Styreinnretningen vil så identifisere hvor mange bit forsinkelse det er før denne pulsen ankommer i hodeenden. Etter flere forsøk vil den ha bestemt den korrekte bit-forsinkelsesfaktor og den vil så instruere kundeenden til å fortsette til fase 2 innstilling under anvendelse av denne korreksjon.

De 660 bit til fase 2 innstilling og fiberidentifikasjon er vist mer detaljert på figur 19.

Hver av de 128 kundeendene har sin egen 5 bit bred fase 2 innstillings-underspalte innenfor de siste 640 bit (54C) til SF. Disse ble brukt av hodestyre-innretningen for å justere transmisjonsfasen til kundeenden slik at pulsene ankommer ved hodeenden innrettet med hodeendeklokken. Dette fjerner behovet for enhver klokkegjenvinning i hodeenden. I tillegg kan returbane-transmisjon være en enkel på/av-pulsering av kundeende-senderen hvilket reduserer levetids-kravene til kundeende-laseren. Et resultat vil også være en forbedret effektivitet i bruken av returbanen siden det ikke er behov for å transmittere noen klokkegjen-vinnings-informasjon.

Når startfase 2 innstillingen er fullført, blir kundeenden instruert til å gå "på lufta". Den vil nå aktivere sin returbane-husholdningskanal og også sin ID synkroniseringspuls, og dette utgjør en gjentidsinnstilling av en andre puls i henhold til den foreliggende oppfinnelse. Alle kundeender som er aktive i nettverket transmitterer denne ID synkroniseringspuls fulgt av 19 null-bit (som til sammen utgjør delen 54D) i det samme øyeblikk.

Det tilveiebringes en høy effektmarkeringspuls for returbane ID deteksjon. En ID detektor ved hodeenden overvåker transmisjonen av denne høyeffektspuls, så overvåkes de påfølgende 5 bit brede underspaltene for å se om noen transmi sjon er til stede, for eksempel dersom underspaltetreet har en puls i seg, og kundeenden 3 er aktiv i fiberen på dette punkt.

Ideelt skal, når hodeenden har instruert kundeenden om deres respektive bitforsinkelsesfaktorer, alle ID synkroniseringspulsene opptre i det samme øyeblikk i SF mottatt i hodeenden. Dersom imidlertid kundeenden av en eller annen grunn viser seg å være utsatt for drift (hvilket kan skyldes utstyret eller transmisjons-mediet), vil virkningen på den mottatte markerings-pulsen være svært liten og endringen i øyeblikket hvorved ID synkroniseringspuls-detekteringskretsen utløser som respons på de overlagrede ID synkroniseringspulsene være neglisjer-bart. Hodeenden vil således fortsette å vurdere alle de andre kundeendene som må fungere korrekt, men den vil beregne en ny verdi for bitforsinkelses-faktoren og sende denne til feilkundeenden, hvorved dennes ID synkroniseringspuls blir brakt til synkronisering med de andre ID synkroniseringspulsene.

Høyeffekt ID pulsen sammen med underspaltene kan også brukes til å detektere hvorvidt en bestemt hodeende transmitterer under anvendelse av en optisk detektor så som en optisk koplingsanordning som beskrevet i vår parallelle patentsøknad nr. 8706929 i ethvert punkt i nettverket. En slik anordning kan brukes ved å skjøte den inn på en fiber hvis ytre kappe er fjernet. Dette er nyttig for ingeniører som arbeider i feltet og som må være sikker på at dersom de ønsker å kutte en bestemt fiber, så må de identifisere denne fiberen korrekt.

Ved å overvåke retur SF med anordningen kan med andre ord en ingeniør bestemme "utstyrsnummeret" til kundeender som er aktive i fiberen, men det vil være nødvendig for ingeniøren å overvåke utsendelsesretningen for å finne ut hvilket nettverk fiberen er tilordnet med.

Med henvisning igjen til figur 17, kan de 140 bit til endesynkroniserings-mønsteret også bli brukt til å detektere brudd i fibernettverket. ved bruk av prin-sippene for optisk tidsdomenreflektometri er det kjent at et signal som blir transmittert langs en fiber vil bli reflektert ved et brudd. Amplituden og frekvensen til disse refleksjonene kan anvendes for å bestemme beliggenheten av brudd i fiberen. Siden MF synkroniserings-mønsteret etter omkasting (som beskrevet i det etterfølgende) bli transmittert i regelmessige intervaller, blir en autokorrek-sjons-innretning i hodeenden (figur 21) bli brukt for å gjenkjenne mønsteret. Tiden mellom transmisjon av mønsteret og mottaket av refleksjoner av dette vil gi informasjon om stedet for brudd i fiberen.

På figurene 20 til 25 er hodeenden og kundeenden vist mer detaljert. Et viktig krav til kommunikasjonssystemer som dette er at kundeenden er tidsinnstilt med hodeenden.

Figurene 20, 21, og 22 viser hodeenden. En hovedklokke 60 på 20,0408 MHz som korrespondere med bithastigheten gjennom systemet er faselåst til den innkomne 2,048 MHz (forkortet i denne beskrivelsen til 2 MHz) klokken fra hodeenden-kretsen 62, som korresponderer med en standard 32 kanal TDM motorvei. BF (figur 22) og MF synkroniserings-signaler blir også generert og låst til det 8 KHz rammesignalet fra kretsdriveren. En 2,304 MHz bitklokke 64 (i hodeende-tidsgeneratoren 66) blir generert for at kretsdriveren skal kunne innføre en tilleggs-bit pr. kanal ved den samme rammehastighet inn i basisrammen for å kunne konvertere bithastigheten til den som er nødvendig for systemet.

For at kundeenden skal holde seg .synkronisert" med hodeenden, blir data fra hodeenden brukt til å regenerere klokkepulsene i kundeenden. Overgangen mellom "null" bit og "en" bit blir brukt til dette formålet. Dataene fra hodeenden han imidlertid muligens ikke ha tilstrekkelige overganger til klokkeregenerering. Det er derfor nødvendig å omkaste dataene fra hodeenden under anvendelse av en pseudotilfeldig binær sekvens (PRBS) for å frembringe en datastrøm som er rik på overganger. Data fra hodeendekretsdriveren blir omkastet av en omkaster 68 som vist på figur 21 under anvendelse av en 2<9->1 omkastings-sekvens.

Synkroniseringsrammen (figur 17) blir også omkastet under anvendelse av en forskjellig PRBS (ved å bruke forskjellige avkoplinger fra skiftregisteret i omkasteren 68) og innført i de omkastede dataene. De siste 140 bit av synkroniseringsrammen (figur 17) MF synkroniseringsmønsteret, blir brukt til å synkronisere kundeenden. Før omkasting er disse 140 bit 140 nullbit. Når de er omkastet, danner de et enkelt identifiserbart mønster som blir brukt av OTDR til å detektere lekkasjer som nevnt tidligere.

Det er meget viktig at kundeenden identifiserer korrekt det 140 bit MF synkroniseringsmønsteret. Dersom det var en naturlig opptredende streng på 140 null bit innenfor de første 4748 bit i synkroniseringsrammen, vil kundeenden på feil måte identifisere MF synkroniseringsmønsteret. Disse 4748 bit blir derfor bevisst forstyrret etter at de er omkastet for derved å innføre en kjent feil. Dette oppnås ved å invitere hver 16. bit i en inverterkrets i omkasteren, og sikrer at kundeenden vil feilidentifisere MF synkroniseringsmønsteret. Av sikkerhetsgrunner kan også dataene være shifrert.

Data som blir mottatt i hodeenden blir returnert og overført til kretsdriveren: Figur 22 viser hodeendekrets-driveren som også må danne grensesnitt bort mot 8 nettverkadapter (NA) kort til BTS. Hver ende vil håndtere all trafikken fra en 2 Mbit/s datastrøm (eller ekvivalent). Det antas at utgangssignalene fra alle 8 endeavkortene blir rammeinnrettet og at alle 2 MHz klokkene er synkrone.

2,048 MHz referanseklokke og 8 KHz rammeklokke blir trukket ut fra NA-inngangene for å faselåse BTS 20,0408 MHz ledeklokken. BTS tilveiebringer en felles 2,304 MHz bitklokke til hver NA for å synkronisere dataoverføring til og fra kretsdriveren.

Data blir lagret i Fifo-buffere og transmittert gjennom BTS via transmisjons-registeret. Her tilveiebringes kontroll for å sikre at bare den minimale mengde data blir lagret i Fifo-bufferet. Dette er viktig for å holde en stram kontroll over transportforsinkelsen gjennom BTS.

På mottakssiden blir data mottatt over BTS igjen lagret i Fifo-buffer før de blir returnert til NA-kortene via utgangs-portene. Det er igjen sørget for kontroll av Fifo-innholdet.

Med henvisning til figurene 23, 24 og 25 er kundeenden vist mer detaljert.

En 20,0408 MHz klokke 70 er faselåst til den innkommende omkastede datastrømmen. Dette klokkestyrer alle mottakerkretsene.

Synkroniseringsrammen fra hodeenden som inneholder FF og MF synkronise-ringsmønstrene blir avomkastet av avomkaster 72 (i form av en selvsynkronise-rende avomkaster) og trukket ut for å synkronisere mottakeren.

Den utsendte datastrømmen blir så avomkastet av avomkasteren 74 som er den inverse av omkasteren 68, og dersom strømmen av sikkerhetsgrunner er blitt shifrert, deshifrert, og den resulterende mottatte datastrømmen blir matet til kretsdriveren.

Transmisjonsramme-tidsinnstillingen er forskjøvet et bestemt antall klokke-sykluser og transmisjonsklokkefasen er innstilt i transmisjonsfase og ramme-generatoren 76. Verdiene som skal brukes tilveiebringes av husholdnings-uttrekks-enheten 78. Dette tillater nøyaktig justering av brukt, tid og fase til ankomst av kundeende-transmitterte databit ved hodeenden.

En lokal 2,048 MHz klokke 80 er faselåst til 20,0408 MHz klokken 70, og dette og en 8 KHz rammeklokke blir også matet til kretsdriveren.

Figur 25 viser kretsdriveren i kundeenden.

Spesielle enkle databit blir snappet fra den mottatte datastrømmen av en datasnapper 84, som tolker startkanalbåndets bithastighetsinformasjon fra hus-holdningsblokken. De snappede data blir lagret i en utgangs Fifo-buffer inntil de blir sendt ut til kundeendenettverk-adapteren (CNA).

Kontroll av Fifo-innholdet besørges av rammekontrollblokken 86 som sikrer at Fifo-innholdet holdes til et minimum. Igjen er dette nødvendig for å minimalisere transportforsinkelsen gjennom BTS.

Data blir i virkeligheten klokkestyrt inn og ut av CNA under anvendelse av et klokkesignal avledet av CNA fra standard 2,048 MHz og 8 KHz klokkepar besørget av BTS.

Data for transmisjon til hodeenden av BTS passerer gjennom en lignende bane, og blir transmittert som diskrete bit interfoliert med trafikk fra andre kundeenden (En slik måte tillater bruk av en billigere laserdiode i kundeenden-transmitteren).

En enkel måte å sørge for sikkerhet på, er fysisk å forhindre tilgang til signalene. Dette kan oppnås på for eksempel det optiske nivået ved at det ikke er noen demonterbar konnektor, men at det er sørget for en permanent forbindelse inn i en forseglet enhet som ikke tillater uautorisert tilgang fra tidsspalter fra "verden utenfor". Figur 8 viser en mulig transmisjons-modul som inneholder BTS, optiske transmisjons og mottakskretser sammen med et optisk filter og kopler. En "semipermanent" optisk forbindelse på linjesidene av modulen sørger for en rimelig grad av sikkerhet, mens bare autorisert tidsspaltedata vil være tilgjengelig på de elektriske forbindelsene til linjekretsutstyret. Dette kan nødvendiggjøre at konfigureringsdata må nedlastes sikkert fra administrasjonssenteret for å pro- grammere fjerntidsspalte-tilgang. Andre muligheter eller valg innbefatter innlem-melsen av krypterings-algoritmer og bruken av personlige identifikasjonstall (PIN) for brukerbekreftelse eller validering.

Arrangementet på figur 9 blir brukt for å illustrere de tekniske egenskapene til den foreliggende oppfinnelse. Egenskapene som ble demonstrert i dette arrangementet innbefatter: a) en effektdeler med tilstrekkelige trinn til å representere tapet til en 256 veis splitter. Denne splitter er bølgelengdeflatet for å tillate drift i 1300 nanometer og 1550 nanometer-vinduer; b) toveis drift; c) et synkront TDMA optisk nettverk. Hver fjernterminal er låst til en lederklokke i sentralen og er allokert tidsspalter for returkanalsignalering. Tidsspalter er interfoliert passivt i nettverket; d) lavdriftssyklus-signalering. Fjernlasere er bare nødvendige for å transmittere de allokerte tidsspaltene. (For PMUX-demonstrasjon er driftssyklusen til systemet beskrevet nedenfor 1/64 del pr. kanal. Denne egenskap gir økt laserpålitelighet og eliminerer temperaturkontrollkretser); og e) automatisk innstilling. Det synkrone nettverket krevet bruken av en innstillings-protokoll for å allokere tidsspalter til fjernterminaler. Denne protokoll

må ta hensyn til rundkurs-forsinkelsen og tilgjengeligheten av kanaler.

De første fire av disse egenskapene eller trekkene anvender kommersielt tilgjengelige primærmultipleksere (PMUX) som en basissystem-byggeblokk. PMUX transmitterer 30 PCM kanaler pluss rammeinnretting og signaleringsbit ved 2,048 Mbit/s. Standardkretsen innbefatter audio A/D og D/A som er nødvendig for et telefongrensesnitt.

For begge de optiske demonstrasjonstransmittere og mottakere ble de respektive transmisjonshastigheter på 2 og 8 Mbit/s brukt. Den første demonstrasjonen var av et PMUX-system som anvendte konfigurasjonen vist på figur 10. To typer PMUX ble brukt; en rack-montert PMUX som representerte den lokale sentralen, og flere PMUX'er som representerte individuelle kunder. Telefoner ble koplet til PMUX via grensesnittbokser som besørget likestrømseffekt og to til fire-tråderomforming.

I nedstrømsretningen ble 30 PCM-signalet med analog telefoni fra den sentrale sentralen multiplekset på et 2 Mbit/s digitalt utgangssignal i HDB3 format (Høy tetthet bipolar ternærkode). dette ble brukt for å modulere direkte en IRW halvlederlaser (ved hjelp av effekttilbakekoplings-styrekretser). Signalet ble så sendt gjennom en smeltet tappkopler for å skille transmisjons- og mottaks-banene i sentralenden. Alle reserveben på alle koplerne ble indekstilpasset for å redusere risikoen for refleksjoner.

Signalet ble så sendt gjennom 6 km enkeltmodusfiber for å simulere koplingen til kabinettet. Det ble så fordelt til individuelle kunder via en splitter fremstilt av bøigelengde-flatende smeltede biokoniske tapper, som hadde et tap som representerte et 256 veis splitteforhold. Fire av utgangene fra denne splitteren var koplet til en ytterligere kopler for å skille mottaks- og transmisjonsbanene i kundeenden.

Kommersielle PIN FET transimpedans-mottakere med en angitt minimums-sensitivitet på -52 dBm var montert på et kort utformet til å plugges direkte inn i kundens PMUX. Hver PMUX kunne motta alle 30 kanalene, men bare en kanal var fysisk koplet for hver kunde. Etter påfølgende utligning ble denne kanal demultiplekset og koplet til kundens telefon.

I oppstrøms-retningen ble det anvendt et forskjellig transmisjonsformat siden det var nødvendig å interfoliere den individuelle kundes bitgrupper (ordinter-foliering) for å danne en 2 Mbit/s ramme som kunne mottas av sentralens PMUX. Det konvensjonelle 2 Mbit/s digitale utgangssignalet fra kundens PMUX kunne derfor ikke anvendes, og NRZ binære signaler ble således hentet direkte fra bak-planet. Et transmisjonskort var utformet til å gjøre dette direkte innplugget i PMUX. Dette innbefattet en laser som tidligere, men som arbeidet i en lavdrifts-syklusmodus uten avkjøling, og en adresserbar digital forsinkelseslinje for å flytte kundens kanal med 0,5 bit intervaller, for å få denne til å passe korrekt inn i 2 Mbit/s PCM rammen når den var interfoliert med andre kundekanaler. En total på 5 kort er nødvendig for å utstyre en PMUX for opptil åtte kunder: effektkort, audiokort, mux/kontrollkort, transmisjonskort og mottakskort.

Utgangssignalet fra kundens laser ble i seriebitgruppe-format så sendt gjennom kundens kopler igjen, tilbake gjennom spilleren, gjennom fiberen, og inn i sentralens mottaker via sentralens kopler. NRZ binær-signalet ble så konvertert til HDB3-format under anvendelse av et system X digitalt linjegrensesnittkort, for inn-mating til PMUX. Dette signalet ble konvertert til telefoni via audiogrensesnittet som tidligere. Autoinnstilling ble ikke implementert i denne demonstrasjon.

Den andre demonstrasjonen gjaldt en flerpunkt radio-demonstrasjon. Denne demonstrasjon er basert på en adaptering av søkerens punkt til flerpunkt-radiosystem (PMR) som arbeider over et passivt enkelmodusfibernettverk installert ved den blåste fiberteknikk. Nettverket innlemmer optiske splittere ved fleksi-bilitets-punkter for å duplekse og fordele.

For disse eksperimentene ble radiotransmisjons-hyllen det sentrale stasjonsutstyret til deres radiosystem erstattet av en lasertransmitter og optisk mottaker. På tilsvarende måte ble abonnent-utstyret modifisert ved tilføyelsen av et opto-elektronisk grensesnitt.

Figur 10 viser det eksperimentelle nettverket. En tolinje system X-sentral ble brukt. En linje var en "kopperabonnent" som anvendte en telefon kjent som en NTL (nettverkterminering type 1). Den andre linjen koplet "nettverkskunden" via fibemettverket, til sentralen. Digital tale ble transmittert i begge retningene samtidig ved å ringe mellom kopper og nettverks-kundene.

Til å begynne med ble et tidligere installert rørsystem utvidet til å tilveiebringe en kopling over demonstrasjonsstedet via et standard PCP-kabinett. Bølgelengdeflatene 2x2 splittere ble montert i terminalbokser på hver ende av nettverket for å besørge full dupleks transmisjonsmulighet. En 4x4 flatet rekke ble montert i kabinettet for å modellere et gatefleksibilitets-punkt. En tilleggs 2x2 splitter ble montert for å simulere et fordelingspunkt (DP).

Det blåste fiberanlegg er fullstendig standard-utstyr. BICC sammenkop-lingsmuffer ble brukt for å huse kopiere og skjøter i terminalboksene. Indekstil-pasning ble utført på alle de ikke-terminerte fiberendene i nettverket for å redusere krysstale fra refleksjoner.

Et heloptisk anlegg ble installert over en periode på 2-3 uker. Overførings-lengden var 1,5 km.

PMR anvender et TDM utsendelsesystem for nedstrøms kommunikasjon fra hodeenden til kunden. Datastrømmen er kontinuerlig med ikke-brukte rammer pakket med PRBS. Konvensjonell AC-koplet lasertransmitter og optiske mottakere ble brukt. Laseren sendte -8,5 dbm inn i fiberen ved 1300 nanometer. Et 2 megabit pr sekund optisk odem ble modifisert for å tilveiebringe mottakertrinnet. Mottakersensitiviteten ble målt til -30 dbm.

I oppstrømsretningen skjer transmisjonen ved TDMA hvor hver avgrenings-stasjon sender datapakker i tilordnede tidsspalter. I dette tilfellet ble DC-koplede optiske transmittere og mottakere brukt. Hver kundetransmitter ble skrudd fullstendig av når ingen data ble sendt for å unngå mellomkanalinterferens i de delte fibere. Dette ble oppnådd ved å forspenne laseren av, skru den fullstendig på ved en logisk "en" og skru den fullstendig av igjen ved en logisk "null". Dette skiller seg fra konvensjonelle punkt til punkt-fibersystemer hvor transmitteren blir for-spent over påskruing og modulert om dette punktet.

Den optiske mottakeren er også utformet for å arbeide i tilstedeværelsen av et utbruddsmodus-signal. En DC-koplet mottaker er nødvendig for å unngå basis-linje-drift i fraværet av mottatte data under stilleperioden mellom pakkene. Mottakeren som ble brukt var basert på en langbølgelengde InGaAs PIN fotodiode som arbeidet i en høyinngangs-impedans FET operasjonsforsterker, med bootstrak tilbakekopling for å redusere inngangskapasitansen.

En innstillingsfunksjon er nødvendig i kundens terminal for å sikre at pakkene blir transmittert i det korrekte øyeblikket for å unngå tidsoverlapping ved hodeenden.

For et fullt nettverk må det foretrukne arrangement ha 15 sentrallinjer ved DP, med 1 til 15 sentrallinjer i grensesnitt pr. kundes optiske terminering, et to-nivås optisk splittehierarki (nominelt på kabinett og DP-stedet) med en avstand på 1,6 km mellom sentralen og kabinettet, 500 meter mellom kabinettet og DP og hver kunde.

Dersom en kopperledning strekkes til en kunde fra nettverket, foretrekkes et enkeltnivå optisk splittehierarki, som nominelt befinner seg i kabinettet.

Selv om en konvensjonell avstand mellom sentral og kabinett på 1,6 km er forutsatt, vil systemet være i stand til å håndtere mye større avstander, i det minste 10 km. Dette kan tilveiebringe en basis for å rasjonalisere antallet lokale sentraler i et gitt nettverk. Den effektive multiplekserstrukturen til et slikt nettverk,

(som skyldes kombineringen av optisk splitting og delingen av kundens optiske tilkoplingskostnader på flere linjer) bør bety at de økte øvre nettverks-kostnadene tilknyttet de lengre forbindelsene ble holdt innenfor grenser. Dette skulle kunne medføre at vesentlige kostnadsbesparinger som knytter seg til sentral rasjonalise-ring, kan utnyttes i full grad.

Den passive nettverks-arkitekturen som fremlegges ved den foreliggende oppfinnelse gir en mulighet til utvikling mot et bredbånds-multitjenestenett. Ved vurdering av utviklingen mot bredbåndstjeneste-muligheter på to viktige prinsipper tilknyttes så langt dette er mulig. De er: (a) behovet for å minimalisere kostnaden for tilleggsegenskaper eller utstyr som er nødvendig i tillegg til det opprinnelige nettverket for å tillate skånsom utvikling mot multitjenestebredbåndsnettverk og (b) være i stand til å tilføye bredbåndstjenester til et eksisterende system uten å forstyrre basistelefonikundene som allerede er tilkoplet.

En viktig faktor vedrørende bredbåndsnettverket er mengden ekstra felt-anlegg og installasjonsarbeid som vil være nødvendig for å tilføye de nye tjenestene. Siktemålet her må være å minimalisere slike kostnader ved å anvende den installerte systembasis så mye som mulig.

Ekspansjon av systemet for å føre høyre bithastighets-tjenester slik som kabel-TV krever anvendelse av bølgelengdedivisjons-multiplekse (WDM) teknikker dersom ikke bithastigheten er tilstrekkelig stor i avgreningen til å muliggjøre fremtidige bredbåndstjenester. Disse sistnevnte tjenester vil belaste kostnadene for de initielle basistjenestene, slik at disse stiger i en uakseptabel grad og innføringen av bredbåndstjenester må, som et minimum, avhenge av tilføyelsen av i det minste en bølgelengde, hvilket gjør det mulig for de eksisterende smalbåndskundene å fortsette uforstyrret i lavbithastighets-modus. Siden bredbåndstjenester krever høyere bithastigheter enn lavhastighetsdata og taletjenester, vil de optiske mottaker-sensitivitetene være vesentlig redusert. Dette medfører at det optiske splitteforholdet som anvendes vil være for stort for den optiske effekten som er tilgjengelig for bredbåndstjenestene. Det følger derfor at forskjellige aksess-punkter vil måtte være tilgjengelige for matefiberne, som fører bredbåndstjenestene fra hodeenden inn i den optiske splitterrekken.

Et toveis optisk avgreningsnettverk med to splittetrinn kan oppgraderes en tjeneste ved at det tilveiebringes tilleggsfibere fra sentralen til det første splitte-punktet og forbindelser i forskjellige nivåer med denne splitteren. Selv om toveisnettverket har mottatt den største oppmerksomheten så langt, er andre strukturer mulige innenfor det passive optiske nettverkskonseptet til søkerens oppfinnelse og noen av disse kan ha fordeler enten i en initiell telefonrealisering eller i utviklingen av bredbåndstjenester. Eksempelvis kan telefonien være to enveisnettverk som fører henholdsvis "gå" og "retur"-signaler for å trekke fordelene av lavere transmi-sjonstap og å unngå refleksjonsproblemer, eller det kan være et enkelt splittetrinn som beskrevet ovenfor i relasjon til figur 4.

Utviklingen av den optiske teknologien og tjenestepakken som føres av et oppgradert nettverk er åpenbart nært sammenknyttet. For eksempel vil antallet bølgelengder som er tilgjengelige for bredbåndsoppgradering avhenge marginalt av den optiske teknologien som anvendes. Også teknologiene som anvendes i sentral til kundetransmisjon være økonomisk tillatelige langt foran kunde til sentral-transmisjon på grunn av ressursdelingen i sentralenden. Teknologien som er tilgjengelig for optisk bølgelengdemultipleksing kan grovt deles i tre sofistike-rings-kategorier med mange permutasjoner derimellom. En mer detaljert nedbryt-ing av mulig optisk teknologi-utvikling og tjenestepakker er illustrert på figur 11.

a. Fabry-Perot (F-P) ble brukt med faste bølgelengdefiltre for bølge-lengdevalg.

b. Enkle longitudinalmodus-lasere (for eksempel DFB) med avstembare optiske filtre 18 og muligens tidlige heterodyn-optiske mottakere for bølgelengde-valg. c. Avanserte koherente optiske kilder med kombinasjoner av optiske filtre (avstembare) og elektrisk (heterodyn) teknikker for kanalvalg.

Produksjonstoleransene til de faste bølgelengdefilterne og senterbølge-lengdene og linjebreddene til FP-laserkildene vil bety at teknologi-kategori (a) vil begrense antallet bølgelengder som er tilgjengelige til mellom 6 og 12 bølge-lengder over begge vinduene til fiberen. De kunde til sentralretningen hvor temperaturkontroll av laserkildene kan være så kostbare at de virker forhindrende, kan antallet bølgelengder som er tilgjengelige være begrenset til mellom 2 og 4 over begge vinduer.

Med teknologi (b) senariet kan antallet potensielle bølgelengder være vesentlig høyere med kanskje så mange som en til to hundre mulige i sentral til kunderetningen på lengre sikt. Det kan imidlertid godt være at praktiske vurde-ringer så som størrelsen på splittingen eller sikkerhets-betraktninger vil begrense størrelsen på bølgelengde-multiplekseren for den optiske teknologien gjør dette. Selv i oppstrøms-retningen, uten noen bølgelengdedrift-korreksjon, kan 10-50 kanaler være tilgjengelige.

Når koherent teknologien i senario (c) blir brukt, er mange hundre bølge-lengder i prinsippet mulige, og begrensningene påføres av ikke-lineære fenome-ner i fibrene. Med det store antallet bølgelengdekanaler og potensielt store optisk effekt tilgjengelig, kan denne teknologien tilby en ytterligere revurdering av drifts-topologiene til optiske nettverk.

De tre teknologi-senariene er også indikerende for relative tidsskala-tilgjengeligheter. Med senario (a) i realiteten som "dagens" teknologi (b) mulig om to til fem år, og (c) kanskje tilgjengelig innenfor tiåret til kommersielt akseptable priser. Alle tidsskala-forutsigelser som angår avansert optisk teknologi må imidlertid gjøres med ekstrem forsiktighet og kan selv, i lys av tidligere optisk utvikling vise seg å være pessimistiske.

Gitt at bølgelengde-multipleksing vil være metoden for å innføre bredbåndstjenester i nettverket og at studier av den optimale topologi fremdeles er nødven-dig, gir det følgende noen eksempler på hvordan toveis avgrensings-nettverk med to splittetrinn kan utvikle seg, det hele beskrevet med referanse til figurene 12 til 14.

Figur 12 viser et initielt nettverk som anvender en enkelt bølgelengde for å besørge telefoni/datatjenester. Det optisk smalbåndsfilteret ved kundens utstyr tillater passasje bare av den initielle bølgelengde for smalbåndstjenester, og således blokkeres interfererende kanaler fra (og uautorisert aksess til) bredbåndstjenester for tilføyelse i et senere trinn. En annen nøkkelforanstaltning for bredbåndstjeneste er installeringen ved utsettelsen av en flertrinnskabinettsplitter som arbeider over en bred optisk båndbredde i både 1300 og 1500 vinduer. Dette gjør det mulig med delvis forbikopling av bredbåndstjeneste-matefiberet mellom sentralen og kabinettet (se nedenfor). Disse ekstra fibere kan installeres enten i kabelen eller separat på en senere dato.

Figur 13 viser hvordan tilleggsbølgelengder kan anvendes for å tilføye nye tjenester, for eksempel kabel-TV (CATV) til nettverket uten avbrudd eller forstyr-relse av telefonitjenesten. De ekstra bølgelengdene føres til kabinettet via til-leggsmatefibere og blir matet inn i nettverket på rominnganger til kabinettsplitteren. Tilleggsbølgelengdene vil generelt føre en høyere bithastighet enn telefonien og ISDN-kanalene. For å kompensere for den reduserte mottaker-sensitiviteten

som skyldes den høyere transmisjons-bithastigheten, kan fiberen forbikoples deler av kabinettsplitteren for å redusere det optiske banetapet mellom sentralen/hodeenden og kundens utstyr. Kunder som skal motta tilleggsbredbåndstjenestene må være utstyrt med en enkel bølgelengde-demultiplekser for å separere bredbånds-og smalbånds-bølgelengdene.

Hver tilleggsbølgelengde som er multiplekset på en felles fiber mellom sentralen og kabinettet kan føre et CATV digitalt multiplekset signal ved for eksempel 565 Mbit/s. Dette tillater at 16x70 Mbit/s eller 8x140 Mbit/s kanaler kan utsendes pr. ekstra bølgelengde, over denne sektoren av nettverket. Ved denne bithastigheten kan den optiske splittingen være begrenset til 32 veier sammenlignet med for eksempel 128 for den optiske telefoni-splitteren. Tilføyelsen av bare en eller to ekstra optiske bølgelengder kan imidlertid besørge en CATV-tjeneste som leverer 16 til 32 kanaler på det grunnleggende optiske telefoni-nettverket. Dette vil kreve svært få optiske tilleggs-komponenter, d.v.s. bredbånds optiske transmittere og bølgelengde-multiplekser i sentralen; bølgelengde-demultiplekser og bredbånds-mottaker(e) på hver kundeterminal.

Tilleggsbølgelengder besørget på denne måten gir muligheter for et viktig valg for driften av CATV-tjenester: kunden kan få tilgang til alle utsendte kringkastings-bølgelengder via avstembare optiske filtere innlemmet i deres terminalutstyr. Dette ville tillate samtidig mottak av flere kanaler valgt fra den elektriske multipleks av 8 eller 16 kanaler båret på den valgte bølgelengden. Samtidig mottak av flere enn en optisk bølge-lengde ville kreve optisk tilleggsfiltrering og en optisk mottaker for hver tilleggs- bølgelengde som ble valgt. 100% gjennomslag for en tjeneste som tilbyr et hvilket som helst antall samtidige kanaler (opptil totale antallet som transmitteres på en matefiber) til hver kunde, kan imidlertid oppnås på denne måten.

Alternativt kan antallet CATV-kanaler som blir gjort tilgjengelige ved kombinasjonen av WDM og TDM være tilstrekkelig til å tillate at en eller flere dedikerte videokanaler kan tilordnes hver CATV kunde. I dette tilfellet arbeider nettverket som en stjerne hvor bryteren befinner seg i sentrum i sentralen. Dette systemet ville anvende bølgelengde-demultiplekser og en optisk mottaker i kundeutstyret. Selv om dette kunne forenkle kundens utstyr, vil det bety et kompromiss mellom tjenestegjennombrudd og antallet samtidige kanaler som kan mottas av kundene. Dersom for eksempel kombinasjonen av WDM og TDM tillot 32 kanaler å sendes på hver matefiber og en 32 veis optisk splitter kunne anvendes, så kunne 1 kanal pr. kunde være allokert på en 100% gjennomtrengnings-basis. Dersom imidlertid fire kanaler pr. kunde var nødvendig, ville gjennomtrengning av bare 25% være tilgjengelig dersom ikke ekstra bølgelengder kunne besørges for å levere flere kanaler.

Et mer avansert trinn under anvendelse av DFB lasere og som er illustrert på figur 14, vil tillate allokeringen av i det minste en dedikert bølgelengde pr. kunde. Med for eksempel 12 til 32 bølgelengder tilgjengelige på en 32-veis splitter, ville det for eksempel være mulig å allokere hver CATV kunde med en bølge-lengde for å føre alle de nødvendige bredbåndstjenestene, for eksempel CATV, HDTV etc. Det lille antallet bølgelengder ville begrense gjennomtrengningen til 40%, men ettersom antallet bølgelengder nærmer seg 32, kan 100% gjennomtrengning eller dekning oppnås.

Snarere enn ganske enkelt å dedikere bølgelengdene til individuelle kunder, er det også i dette trinnet mulig å anvende avstembare optiske filtere i kundens lokaler som et bredbånds-svitsjetrinn. Dette kunne vesentlig forenkle sentralsvitsjingen av forskjellige bredbåndstjenester (for eksempel blandinger kringkasting og dedikerte tjenester fra multiple kilder kan være multiplekset på forskjellige optiske bølgelengder å være valgt av kundens utstyr).

For hvert av teknologitrinnene som er beskrevet avhenger antallet bølge-lengder som er mulig kritisk på toleransen og stabiliteten til laserene, filtrene og den nyttbare båndbredden til fiberne og koplerne. Lavkosts smalbåndstjenester slik som telefoni og ISDN kan nødvendigvis arbeide uten temperatur-stabilisering i kundens terminaler, hvilket kan bety vesentlig bølgelengdedrift i kundens lasere. Dersom skjemaer slik som de som er vist på figurene 2 til 7 blir brukt, vil således store kanalavstander være nødvendige for tjenester i kunde til sentral-transmi-sjonsretningen. Nærmere avstand vil være mulig i sentral til kunderetningen ved anvendelse av temperaturstyrte kilder i sentralen og avstembare filtre i kundens utstyr for å eliminere toleransen til filtersenterbølgelengden.

Claims

1. Digitalt kommunikasjonsnett omfattende en sentral stasjon (4), flere utestasjoner (8), et transmisjons-medium (2) i form av et gren-arrangement mellom den sentrale stasjon (4) og utestasjonene (8) som i bruk fører multipleksede signaler til utestasjonene (8) i form av en strøm av kringkastingsrammer, som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, hvor kommunikasjonsnettet er tilpasset for passiv multipleksing av retursignaler fra utestasjonene (8) i en strøm av returrammer på nevnte transmisjon-medium (2), eller på et liknende transmisjons-medium (2') spesielt for nevnte retursignaler; hvor for å etablere synkronisering av signaler som returnerer til den sentrale stasjonen (4) fra utestasjonene (8), den sentrale stasjonen (4) omfatter innretninger (60) for å transmittere et første signal til utestasjonene (8), innretninger (90) som reagerer på mottakstidspunktet for et respektivt andre signal fra en utestasjon (8) ved å beregne en respektiv forsinkelse for det respektive andre signalet og ved å transmittere et respektivt tredje signal til utestasjonen (8), hvilket signal er representativt for den respektive forsinkelse; og hver utestasjon (8) omfatter innretninger (92) som reagerer på mottaket av nevnte første signal med å transmittere nevnte andre signal i et forut bestemt forhold til et mottatt synkroniserings-signal, og innretninger (92) som reagerer på nevnte tredje signal ved å forsinke transmisjonen av det annet signal i passende grad, karakterisert vedat hver utestasjon (8) er anordnet for å gjentidsinnstille sitt andre signal slik at det opptrer i en forut bestemt posisjon i hver returramme-transmisjon fra utestasjonen (8), hvorved de gjentidsinnstilte andre signalene fra alle transmitterende utestasjoner (8) mottas samtidig i den sentrale stasjonen (4) og effektivt danner et enkelt rammesynkroniserings-signal for retur-rammene.

2. Kommunikasjonsnett som angitt i krav 1, karakterisert vedat hvert andre signal er i form av en enkelt puls.

3. Kommunikasjonsnett som angitt i krav 1 eller 2, karakterisert vedat hver utestasjon (8) er anordnet slik at den i bruk transmitterer et respektivt fjerde signal som er forsinket i forhold til nevnte respektive andre signal med en respektiv forut bestemt tidsperiode; og den sentrale stasjonen (4) er anordnet til å overvåke de mottatte fjerde signaler for å bestemme når et fjerde signal ikke er i dets forut bestemte posisjon og å transmittere et respektivt korreksjons-signal til den respektive utestasjonen (8), og derved opprettholde utestasjonens (8) synkronisering.

4. Digitalt kommunikasjonsnett omfattende en sentral stasjon (4), flere utestasjoner (8), et transmisjons-medium (2) i form av et gren-arrangement mellom den sentrale stasjon (4) og utestasjonene (8) som i bruk fører multipleksede signaler til utestasjonene (8) i form av en strøm av kringkastingsrammer, som hver innbefatter et rammesynkroriiserings-signal, hvor kommunikasjonsnettet er tilpasset for passiv multipleksing av retursignaler fra utestasjonene (8) i en strøm av returrammer på nevnte transmisjon-medium (2), eller på et liknende transmisjons-medium (2') spesielt for nevnte retursignaler; hvor for å etablere synkronisering av signaler som returnerer til den sentrale stasjonen (4) fra utestasjonene (8), den sentrale stasjonen (4) omfatter innretninger (60) for å transmittere et første signal til utestasjonene (8), innretninger (90) som reagerer på mottakstidspunktet for et respektivt andre signal fra en utestasjon (8) ved å beregne en respektiv forsinkelse for det respektive andre signalet og ved å transmittere et respektivt tredje signal til utestasjonen (8), hvilket signal er representativt for den respektive forsinkelse; og hver utestasjon (8) omfatter innretninger (92) som reagerer på mottaket av nevnte første signal med å transmittere nevnte andre signal i et forut bestemt forhold til et mottatt synkroniserings-signal, og innretninger (92) som reagerer på nevnte tredje signal ved å forsinke transmisjonen av det annet signal i passende grad, karakterisert vedat hver utestasjon (8) er innrettet for i bruk å transmittere et respektivt fjerde signal som forsinkes slik at det opptrer i en respektiv, forutbestemt posisjon i en returramme-transmisjon fra utestasjonen; og ved at den sentrale stasjonen (4) er innrettet for å overvåke de mottatte fjerde signalene for å bestemme når et fjerde signal ikke er i sin forutbestemte posisjon og for å transmittere et respektivt korreksjonssignal til den respektive utestasjon, og derved opprettholde utestasjonens (8) synkronisering.

5. Kommunikasjonsnett ifølge krav 3 eller 4, karakterisert vedat hver utestasjon (8) er innrettet for å transmittere sitt respektive fjerde signal i hver returramme.

6. Kommunikasjonsnett som angitt i et av kravene 3-5,karakterisert vedat hvert nevnte fjerde signal er i form av en enkelt puls.

7. Kommunikasjonsnett som angitt i et av kravene 3-6,karakterisert vedat korreksjons-signalet er et ytterligere tredje signal som er representativt for den nødvendige forsinkelse.

8. Kommunikasjonsnett som angitt i et av kravene 3-4,karakterisert vedat korreksjons-signalet er et femte signal som er representativt for en økning eller minskning som er nødvendig i forsinkelsen som tidligere ble transmittert via det respektive tredje signal.

9. Fremgangsmåte for å etablere utestasjon-synkronisering i en returramme i et digitalt kommunikasjonsnett som omfatter en sentral stasjon (4), flere utestasjoner (8), et transmisjons-medium (2) i form av et grenarrangement mellom den sentrale stasjonen (4) og ute-stasjonene (8) som i bruk fører multipleksede signaler i form av en strøm av kringkastingsrammer som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, og nettet er tilpasset for passiv multipleksing av retur-signaler fra utestasjonene (8) i en strøm av returrammer på nevnte transmisjons-medium (2), eller på et tilsvarende transmisjons-medium (2') som er spesielt for retur-signalene, hvilken fremgangsmåte omfatter trinnene å sende et første kommandosignal til en valgt utestasjon (8) for å bringe denne til å sende til den sentrale stasjonen (4) et retur-synkroniseringssignal i et forut bestemt forhold til et mottatt rammesynkroniseringssignal, å behandle det mottatte retur-synkroniseringssignal for å generere et andre kommandosignal for å bringe den valgte utestasjon (8) til å endre nevnte forut bestemte forhold, og å transmittere fra utestasjonen (8) et ytterligere retur-synkroniseringssignal med det endrede forhold,karakterisert vedat den valgte utestasjon (8) transmitterer sitt retur-synkroniseringssignal ved begynnelsen av en del (54A) av en returramme som er synkronisert med det mottatte rammesynkroniseringssignalet, hvilken del er dedikert til nevnte returramme-synkroniseringssignaler, at den sentrale stasjonen (4) bestemmer forsinkelsen mellom et påkrevd mottakstidspunkt for retur-synkroniseringssignalet ved begynnelsen av nevnte del (54A) av returrammen mottatt i den sentrale stasjonen (4) og det virkelige mottakstidspunktet for retur-synkroniseringssignalet, og at utestasjonen (8) reagerer på mottak av nevnte andre kommandosignal ved å endre nevnte forut bestemte forhold med en tidsperiode som tilsvarer den bestemte forsinkelse, slik at det ytterligere retur-synkroniseringssignalet så mottas i den sentrale stasjonen (4) i et påkrevd mottakstidspunkt for det ytterligere retur-synkroniseringssignalet.

10. Fremgangsmåte som angitt i krav 9, karakterisert vedat det ytterligere retur-synkroniseringssignal er i form av en enkelt puls.

11. Fremgangsmåte for å opprettholde utestasjon-synkronisering i et digitalt kommunikasjonsnett som omfatter en sentral stasjon (4), flere utestasjoner (8), et transmisjons-medium (2) i form av et grenarrangement mellom den sentrale stasjonen (4) og utestasjonene (8) som i bruk fører multipleksede signaler i form av en strøm av kringkastingsrammer som hver innbefatter et rammesynkroniserings-signal, og nettet er tilpasset for passiv multiplekning av retursignaler fra utestasjonene (8) i en strøm av returrammer på nevnte transmisjonsmedium (2), eller på et tilsvarende transmisjons-medium (2') spesielt for retur-signalene,karakterisert vedat hver utestasjon (8) sender et respektivt synkroniserings-sjekkesignal på et respektivt forut bestemt tidspunkt i et returramme-synkroniseringsparti (54C) av en returramme, og ved at den sentrale stasjonen (4) ved mottak av synkroniserings-sjekkesignalene sender et respektivt kommandosignal til hver utestasjon (8) hvis synkroniserings-sjekkesignal ikke er blitt mottatt i det respektive forventede tidspunkt for å bringe denne til å endre tidsinnstillingen i dens retursignaler i samsvar med det respektive kommando-signalet og derved returnere til synkronisering innenfor returrammene.

12. Fremgangsmåte som angitt i krav 11, karakterisert vedat hver utestasjon (8) sender et respektivt synkroniserings-sjekkesignal i hver returramme.

13. Fremgangsmåte som angitt i krav 11 eller 12, karakterisert vedat de respektive synkroniserings-sjekkesignaler er i form av en enkelt puls.