WO1997015127A1 - Überwachungs- und/oder steuereinrichtung und -verfahren - Google Patents

Überwachungs- und/oder steuereinrichtung und -verfahren Download PDF

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Ernst-Ulrich Scheuing
Ernst Kremers
Roland Himmler
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    • H04B2210/07—Monitoring an optical transmission system using a supervisory signal
    • H04B2210/078—Monitoring an optical transmission system using a supervisory signal using a separate wavelength

Definitions

  • Multi-channel systems are understood to mean message transmission systems for the joint transmission of a plurality of message signals over a common medium using common facilities. As a rule, they are intended for long distances and are particularly attractive from a technical and economic point of view. In these cases, depending on the nature of the transmitted signals, more or less many intermediate amplifiers or intermediate generators (hereinafter referred to collectively as intermediate points) are required between the source and the sink of the message signals. Multi-channel systems are known from electrical communication technology in the form of frequency division multiplex or
  • Carrier frequency systems in optical communications technology in the form of wavelength division multiplexing systems.
  • Add signals of special frequencies or wavelengths in electrical frequency multiplex technology often as pilot tone or pilot frequency, in optical Transmission technology referred to as a monitoring signal; this name is used in the following), which take on various auxiliary tasks, for example the task of representing the level of the entire band; in this case the level of these signals is evaluated and used
  • Level control of the entire band and / or to determine whether certain impermissible level states have been exceeded for example level drop below a predetermined value.
  • they can also serve as a carrier signal for passing on monitoring information or for supplying control commands to intermediate points.
  • the two tasks can also be combined;
  • certain other special tasks for example, use as a reference frequency signal
  • All of these monitoring or control signals are referred to below as auxiliary signals which can also occur in transmission systems in which (provisionally or permanently) only one message channel is provided.
  • the invention enables the implementation of a monitoring and / or control channel for optical multi-channel systems with reinforcing intermediate points in a particularly simple and economical manner. All essential, usual and known tasks of such monitoring and / or control channels can be fulfilled.
  • the invention allows the generation of stable optical carrier signals (which is considerably more complex than the corresponding generation of stable electrical carrier signals) in intermediate points.
  • FIG. 2 shows a time-division multiplex scheme for FIG. 1.
  • Figure 3 shows schematically a multi-channel system.
  • Figure 4 shows a frequency or wavelength map
  • Figure 5 shows a device for processing certain
  • FIG. 3 shows an optical line connection of a multi-channel system with an optical waveguide 10 as a connection between a terminal 20 and a terminal 30 (opposite terminal) with looped-in intermediate points 40 and 50; in practice, the connection is usually bi-directional, whereas only one direction of transmission is shown here.
  • the number of intermediate points is only an arbitrary example.
  • FIG. 4 shows a frequency or wavelength plan of such a system with six transmission channels, five of which are message channels 1 to 5 for useful signals and a monitoring and / or control channel 11, which is particularly emphasized.
  • the number of transmission channels is only an arbitrary example, as is the relative position of the monitoring and / or control channel 11 in relation to the message channels.
  • Figure 5 shows a device 41 for separate frequency or wavelength selective processing of certain transmission channels of the entire band (channel bundle) according to Figure 4, consisting of input filter combination 42, output filter combination 43 and separate, intermediate Devices, namely 44 for the main transmission band, consisting of the message channels 1 to 5 on the one hand, and 45 on the other hand for the monitoring and control channel 11.
  • the frequency mixture according to FIG. 4 is formed in the terminal 20 (FIG. 3) and transmitted to the opposite terminal 30 via the intermediate points 40 and 50.
  • a continuously applied optical carrier signal with an amplitude equal to or systematically lower or systematically greater than the amplitudes in the optical message channels 1 to 5 is preferably transmitted as an auxiliary signal.
  • a processing device 41 is provided in each of the intermediate points.
  • Devices 44 for the message channels 1 to 5 are each connected to inputs 431 of output filter combinations 43 and can either have optical attenuators for level adjustment of the different paths or more complex devices such as equalization circuits to compensate for frequency or phase changes, dispersion or the like. You will not be treated here any further; it is only important that their damping is adapted to the damping of the path via a device 45 for the monitoring and / or control channel.
  • the intermediate points 40 and 50 otherwise contain essentially to compensate for the line loss upstream of them
  • Line section optical amplifiers 46 (not shown in broken lines in FIG. 5) in the form of optical fiber amplifiers, which are inserted either before or after the processing device 41 or also split up before and after them in the transmission path and signals in the entire band according to FIG. 4 including of the monitoring and / or control channel 11 can transmit.
  • the devices 45 perform various sub-tasks.
  • Figure 1 shows the principle. First of all, there is a first hybrid circuit 451 which divides the additional signal of the monitoring and control channel into two paths 452 and 453. An optical monitoring and control receiver 454 is connected to path 452, which converts the auxiliary signal into an electrical signal in a known manner, amplifies it and evaluates it in an evaluation circuit 455.
  • Various customary sub-tasks can belong to the evaluation, such as, for example, monitoring for impermissible level deviations or the derivation of a control signal 457 for regulating the amplification of the amplifiers 46, or both.
  • the monitoring and control receiver 454 can also emit an electrical or optical signal as a reference frequency in a known manner, for example to other devices of more complex intermediate locations with additional tasks (eg add / drop of sub-bundles).
  • the evaluation circuit 455 can be supplied with signals which are required for comparison purposes and / or are forwarded to a line 456 (for example as a multiplex data stream, also with subcarrier).
  • the processing device 458 consists of a device for modulating optical signals. This device can either be a passive, damping modulator, for example in the form of a
  • Absorption modulator or a Mach-Zehnder interferometer or a suitably modulatable, active, amplifying device for example in the form of an optical semiconductor amplifier or an optical fiber amplifier. Except for one Intensity modulation is also possible with other types of modulation. This arrangement avoids a special, highly stable optical carrier generation in the intermediate points.
  • the mode of operation of the processing device 458 is such that an optical multiplex signal (time, frequency or other multiplex signal) for the input 432 is generated with the signals of the lines 453 and 456, while maintaining the existing ones on line 453
  • the modulator must also synchronize.
  • the carrier signal modulated in this way for the first time or additionally is then passed via further intermediate points (only 50 shown here) to the distant remote terminal 30 and evaluated there.
  • a suitable multiplex, in particular time-division, multiplex scheme can be used; This can be carried out, for example, according to FIG. 2, in such a way that each intermediate point in the order of an intermediate signal packet 60 (of the time period 61) sent out by the terminal 20 (of the duration 61), which is repeated at certain regular intervals Insert a new signal packet 63, 64, 65 ... into the transmission link.

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Abstract

Um in einem Lichtwellenleiter-Nachrichtenübertragungssystem auf einfache Weise Steuer- und/oder Überwachungssignale als Beisignale in einem Steuerungs- bzw. Überwachungskanal mitführen zu können, werden in Zwischenregeneratoren und/oder Zwischenverstärkern einer Übertragungsstrecke die Beisignale aus dem Gesamtband herausgefiltert und in einer Einrichtung (45) unter Beibehaltung der optischen Trägerfrequenz in einem Modulator (458) durch weitere Beisignale (Leitung 456) optisch moduliert oder zu einem Multiplexsignal zusammengefaßt. Das Ergebnis dieser Signalverarbeitung wird am Ausgang des Zwischenregenerators bzw. -verstärkers wieder auf die Übertragungsstrecke gegeben.

Description

Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung und -Verfahren
Stand der Technik
Unter VielkanalSystemen werden Nachrichtenübertragungssysteme zur gemeinsamen Übertragung mehrerer Nachrichtensignale über ein gemeinsames Medium unter Nutzung gemeinsamer Einrichtungen verstanden. Sie werden in der Regel für lange Strecken vorgesehen und sind insbesondere dann technisch und wirtschaftlich attraktiv. In diesen Fällen werden je nach dem Charakter der übertragenen Signale mehr oder weniger viele Zwischenverstärker oder Zwischengeneratoren (im folgenden übergreifend als Zwischenstellen bezeichnet) zwischen der Quelle und Senke der Nachrichtensignale erforderlich. Vielkanalsysteme sind bekannt aus der elektrischen Nachrichtenübertragungstechnik in der Form von Frequenzmultiplex- bzw.
Trägerfrequenzsystemen, in der optischen Nachrichtenübertragungstechnik in der Form von Wellenlängenmultiplexensystemen.
Es ist üblich, Nachrichtenbündeln von Vielkanalsystemen
Signale besonderer Frequenzen bzw. Wellenlängen hinzuzufügen (in der elektrischen Frequenzmultiplextechnik vielfach als Pilotton oder Pilotfrequenz, in der optischen Übertragungstechnik als Überwachungssignal bezeichnet; dieser Name wird im folgenden verwendet) , die verschiedene Hilfsaufgaben übernehmen, so zum Beispiel die Aufgabe, den Pegelzustand des Gesamtbandes zu repräsentieren; in diesem Falle wird der Pegel dieser Signale ausgewertet und zur
Pegelregelung des Gesamtbandes und/oder zur Feststellung des Überschreitens bestimmter unzulässiger Pegelzustände, zum Beispiel Pegelabfall unter einen vorgegebenen Wert, verwendet. Sie können aber auch als Trägersignal zur Weitergabe von Überwachungsinformationen oder zur Zuführung von Steuerungsbefehlen zu Zwischenstellen dienen. Es ist ohne weiteres ersichtlich, daß die beiden Aufgabenbereiche auch kombiniert werden können; außerdem sind noch bestimmte weitere Sonderaufgaben (zum Beispiel Nutzung als Referenzfrequenzsignal) üblich. Alle diese Überwachungs¬ oder Steuersignale werden im folgenden als Beisignale bezeichnet, die auch in Übertragungssystemen vorkommen können, in denen (vorläufig oder auf Dauer) nur ein Nachrichtenkanal vorgesehen ist.
Vorteile der Erfindung
Die Erfindung ermöglicht die Implementierung eines Überwachungs- und/oder Steuerungskanals für optische Vielkanalsysteme mit verstärkenden Zwischenstellen in besonders einfacher und wirtschaftlicher Weise. Alle wesentlichen, üblichen und bekannten Aufgaben solcher Überwachungs- und/oder Steuerungskanäle können erfüllt werden. Durch die Erfindung kann die Erzeugung stabiler optischer Trägersignale (die erheblich aufwendiger ist, als die entsprechende Erzeugung stabiler elektrischer Trägersignale) in Zwischenstellen entfallen. Zeichnungen
Figur 1 dient zur Erläuterung eines Ausführungsbeispiels der
Erfindung.
Figur 2 stellt ein Zeitmultiplexschema zu Figur 1 dar.
Figur 3 zeigt schematisch ein Vielkanalsystem.
Figur 4 stellt einen Frequenz- bzw. Wellenlängenplan dar.
Figur 5 zeigt eine Einrichtung zur Bearbeitung bestimmter
Übertragungskanäle nach Figur 4.
Beschreibung eines Ausführungsbeispiels
Figur 3 zeigt eine optische Leitungsverbindung eines Vielkanalsystems mit einem Lichtwellenleiter 10 als Verbindung zwischen einem Endgerät 20 und einem Endgerät 30 (Gegenendstelle) mit eingeschleiften Zwischenstellen 40 und 50; die Verbindung ist in der Praxis üblicherweise birektional, während hier nur eine Übertragungsrichtung dargestellt ist. Die Anzahl der Zwischenstellen ist dabei nur ein willkürliches Beispiel.
Figur 4 stellt einen Frequenz- bzw. Wellenlängenplan eines solchen Systems dar mit sechs Übertragungskanälen, davon fünf Nachrichtenkanäle 1 bis 5 für Nutzsignale und ein Überwachungs- und/oder Steuerungskanal 11, der besonders hervorgehoben ist. Die Anzahl der Übertragungskanäle ist dabei nur ein willkürliches Beispiel, desgleichen die relative Lage des Überwachungs- und/oder Steuerungskanals 11 bezogen auf die Nachrichtenkanäle.
Figur 5 zeigt eine Einrichtung 41 zur getrennten frequenz- bzw. wellenlängenselektiven Bearbeitung bestimmter Übertragungskanäle des Gesamtbandes (Kanalbündel) nach Figur 4, bestehend aus Eingangs-Filterkombination 42, Ausgangs- Filterkombination 43 und getrennten, zwischengeschalteten Einrichtungen, nämlich 44 für das Hauptübertragungsband, bestehend aus den Nachrichtenkanälen 1 bis 5 einerseits, und 45 andererseits für den Überwachungs- und Steuerungskanal 11.
Das Frequenzgemisch nach Figur 4 wird in dem Endgerät 20 (Figur 3) gebildet und über die Zwischenstellen 40 und 50 zur Gegenendstelle 30 übertragen. Im Überwachungs- und Steuerungskanal 11 wird dabei als Beisignal vorzugsweise ein dauernd anliegendes, optisches Trägersignal mit einer Amplitude gleich oder systematisch geringer oder systematisch größer als die Amplituden in den optischen Nachrichtenkanälen 1 bis 5 übertragen. Gemäß Figur 5 ist in den Zwischenstellen je eine Bearbeitungseinrichtung 41 vorgesehen. Einrichtungen 44 für die Nachrichtenkanäle 1 bis 5 sind jeweils an Eingänge 431 von Ausgangs- Filterkombinationen 43 angeschaltet und können entweder optische Dämfpungsglieder zur Pegelanpassung der verschiedenen Wege oder aber komplexere Einrichtungen wie zum Beispiel Entzerrschaltungen zum Ausgleich von Frequenz¬ oder Phasengängen, Dispersion oder Ähnliches aufweisen. Sie werden hier nicht weiter behandelt; wichtig ist lediglich, daß ihre Dämpfung der Dämpfung des Weges über eine Einrichtung 45 für den Überwachungs- und/oder Steuerungskanal angepaßt ist. Die Zwischenstellen 40 und 50 enthalten ansonsten im wesentlichen zum Ausgleich der Leitungsdämpfung des ihnen vorgeschalteten
Leitungsabschnittes hier nicht näher zu erläuternde optische Verstärker 46 (in Figur 5 gestrichelt dargestellt) in der Form optischer Faserverstärker, die entweder vor oder nach der Bearbeitungseinrichtung 41 oder auch aufgeteilt vor und nach dieser in den Ubertragungsweg eingefügt sind und Signale im Gesamtband nach Figur 4 einschließlich des Überwachungs- und/oder Steuerungskanals 11 übertragen können. Die Einrichtungen 45 erfüllen verschiedene Unteraufgaben. Figur 1 zeigt das Prinzip. Zunächst ist eine erste Gabelschaltung 451 vorhanden, die das Beisignal des Überwachungs- und Steuerungskanals auf zwei Wege 452 und 453 aufteilt. An den Weg 452 ist ein optischer Überwachungs- und Steuerungsempfänger 454 angeschaltet, der in bekannter Weise das Beisignal in ein elektrisches Signal wandelt, verstärkt und in einer Auswerteschaltung 455 auswertet. Zur Auswertung können verschiedenste übliche Unteraufgaben gehören, wie zum Beispiel die Überwachung auf unzulässige Pegelabweichungen oder die Ableitung eines Steuersignals 457 zur Regelung der Verstärkung der Verstärker 46 oder beides. Der Überwachungs¬ und Steuerungsempfänger 454 kann außerdem in bekannter Weise ein elektrisches oder optisches Signal als Referenzfrequenz abgeben, zum Beispiel an andere Einrichtungen komplexerer Zwischenstellen mit zusätzlichen Aufgaben (z.B. Add/Drop von Teilbündeln) . Auε der betreffenden Zwischenstelle können der Auswerteschaltung 455 Signale zugeleitet werden, die zu Vergleichszwecken benötigt und/oder auf eine Leitung 456 weitergegeben werden (beispielsweise als Multiplex- Datenstrom, auch mit Hilfsträger) .
Vom Beisignal wird das Teilsignal im Weg 453 über eine weitere Bearbeitungseinrichtung 458 wieder in die Ausgangs- Filterkombination 43 (Eingang 432) eingespeist. Die Bearbeitungseinrichtung 458 besteht erfindungsgemäß aus einer Einrichtung zur Modulation optischer Signale. Diese Einrichtung kann entweder ein passiver, dämpfender Modulator, zum Beispiel in der Form eines
Absorptionsmodulators oder eines Mach-Zehnder- Interferometers oder eine in geeigneter Weise modulierbare, aktive, verstärkende Einrichtung sein, zum Beispiel in der Form eines optischen Halbleiterverstärkers oder eines optischen Faserverstärkers. Außer einer Intensitätsmodulation sind auch andere Modulationsarten möglich. Durch diese Anordnung wird eine besondere, hochstabile optische Trägererzeugung in den Zwischenstellen vermieden.
Die Wirkungsweise der Bearbeitungseinrichtung 458 ist so, daß mit den Signalen der Leitungen 453 und 456 ein optisches Multiplexsignal (Zeit-, Frequenz- oder sonstiges Multiplexsignal) für den Eingang 432 erzeugt wird, und zwar unter Beibehaltung der auf Leitung 453 vorliegenden
Trägerfrequenz des Überwachungs- und Steuerungskanals 11.
Wenn das ausgefilterte Beisignal schon moduliert ist und diese Modulation erhalten bleiben soll, muß sich der Modulator auch synchronisieren. Das auf diese Weise erstmals oder zusätzlich modulierte Trägersignal wird dann über weitere Zwischenstellen (hier nur 50 gezeichnet) zur fernen Gegenendstelle 30 geleitet und dort ausgewertet. Dabei kann, um ein getrenntes Auswerten der Überwachungs- und Steuersignale verschiedener Zwischenstellen zu ermöglichen, ein geeignetes Multiplex- , insbesondere Zeitmultiplexschema verwendet werden; dies kann zum Beispiel gemäß Figur 2 ausgeführt sein in der Form, daß an ein von dem Endgerät 20 ausgesendetes, bestehendes Beisignalpaket 60 (der Zeitdauer 61) mit einem Kopfsignal 62, das in bestimmten regelmäßigen Abständen wiederholt wird, durch jede Zwischenstelle in der Reihenfolge ihrer Einfügung in die Übertragungsstrecke jeweils ein neues Signalpaket 63, 64, 65...angehängt wird. Entsprechende Verfahren sind bekannt und können elektronisch in einfacher Weise implementiert werden. Die entsprechenden Auswerteschaltungen sind dann Teil der jeweiligen Auswerteanordnung 455. Es können im Prinzip beliebig viele weitere Zwischenstellen eingefügt werden; jede Zwischenstelle wird außer mit den Verstärkern 46 mit den beschriebenen Einrichtungen 41 (Figur 5) ausgerüstet. Kurz gefaßt läßt sich die Funktionsweise eines bevorzugten Ausführungsbeispiels der Erfindung anhand von Figur 1 wie folgt zusammenfassen: Um in einem Lichtwellenleiter-Nachrichtenübertragungssystem auf einfache Weise Steuerungs- und/oder Überwachungssignale als Beisignale in einem Steuerungs- bzw. Überwachungskanal mitführen zu können, werden in Zwischenregeneratoren und/oder Zwischenverstärkem einer Übertragungsstrecke die Beisignale aus dem Gesamtband herausgefiltert und in einer Einrichtung 45 unter Beibehaltung der optischen Trägerfrequenz in einem Modulator 458 durch weitere, auf Leitung 456 geführte Beisignale (die eventuell zu einem Multiplexsignal zusammengefaßt sein können) optisch moduliert. Das Ergebnis dieser Signalverarbeitung wird am Ausgang des Zwischenregenerators bzw. -Verstärkers wieder auf die Übertragungsstrecke gegeben.

Claims

Ansprüche
1. Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung einer über Lichtwellenleiter (10) geführten und der
Nachrichtenübertragung dienenden Übertragungsstrecke, die wenigstens eine Zwischenstelle (40, 50) aufweist, die von dem in Übertragungsrichtung vorausgehenden Abschnitt der Übertragungsstrecke optische, als Überwachungs- und/oder Steuersignale dienende Beisignale innerhalb eines optischen Übertragungskanals (11) empfängt und optische Beisignale innerhalb eines optischen Übertragungskanals über den in Übertragungsrichtung folgenden Abschnitt der
Übertragungsstrecke weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, daß die empfangenen Beisignale in einer Einrichtung (45) der Zwischenstelle (40, 50) optisch moduliert und zur Bildung der weiter zu leitenden Beisignale herangezogen werden, welche die selbe optische Trägerfrequenz aufweisen wie die empfangenen Beisignale.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation passiv ausgeführt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation aktiv ausgeführt wird.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß die Modulation aktiv durch Schalten ausgeführt wird.
5. Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung in einer Zwischenstelle (40, 50) einer der Nachrichtenübertragung dienenden und über Lichtwellenleiter (10) geführten Übertragungsstrecke, wobei die Überwachungs- und/oder
Steuereinrichtung eingangsseitig zum Empfangen optischer, alε Überwachungs- und/oder Steuersignale dienender Beisignale an einen Abschnitt der Übertragungsstrecke und ausgangsseitig zum Senden optischer, als Überwachungs- bzw. Steuersignale dienender Beisignale an einen folgenden
Abschnitt der Übertragungsstrecke angeschlossen ist, dadurch gekennzeichnet, daß die Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung einen optischen Modulator aufweist, dessen Ausgangssignale zur Bildung der zu sendenden Beisignale dienen, welche die selbe Trägerfrequenz aufweisen, wie die empfangenen Beisignale.
6. Überwachungs und/oder Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Modulator ein passiver Modulator ist.
7. Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß der optische Modulator ein aktiver Modulator ist.
8. Überwachungs- und/oder Steuereinrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß der aktive Modulator ein schaltender Modulator ist.
9. Verfahren zur Steuerung und/oder Überwachung einer über Lichtwellenleiter (10) geführten Übertragungsstrecke, die zur Nachrichtenübertragung dient und wenigstens eine Zwischenstelle (40, 50) aufweist, die von dem in Übertragungsrichtung vorausgehenden Abschnitt der Übertragungsstrecke optische, als Überwachungs- und/oder Steuerungssignale dienende Beisignale innerhalb eines optischen Steuerungs- bzw. Überwachungskanals (11) epfängt und optische Beisignale innerhalb eines optischen Steuerungs- bzw. Überwachungskanals über den in Übertragungsrichtung folgenden Abschnitt der
Übertragungsstrecke weiterleitet, dadurch gekennzeichnet, daß mit den empfangenen BeiSignalen und mit aus der Zwischenstelle (40, 50) kommenden Signalen für den Steuerungs- bzw. Überwachungskanal (11) in einer Einrichtung (45) der Zwischenstelle (40, 50) optische Multiplexsignale erzeugt und zur Bildung der weiter zu leitenden Beisignale herangezogen werden, welche die selbe optische Trägerfrequenz aufweisen, wie die empfangenen Beisignale.
10. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Zwischenstelle (40, 50) kommenden Signale für den Steuerungs- bzw. Überwachungskanal im Zeitmultiplex verschachtelt werden.
11. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die auε der Zwischenstelle (40, 50) kommenden Signale für den Steuerungs- bzw. Überwachungskanal im Frequenzeitmultiplex verschachtelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß die aus der Zwischenstelle (40, 50) kommenden Signale für den Steuerungs- bzw. Überwachungskanal im Code-Multiplex verschachtelt werden.
13. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch gekennzeichnet, daß für die aus der Zwischenstelle (40, 50) kommenden Signale für den Steuerungs- bzw. Überwachungskanal ein geeigneter Unterträger verwendt wird.
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