DE3821772A1 - Optischer verstaerker fuer die fehlersuche in einem optischen uebertragungssystem - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft einen optischen Verstärker (repeater) für die Fehlersuche in einer optischen Zweiweg-Leitungsverbindung, wie sie beispielsweise in einem Fernübertragungssystem enthalten ist.

Verstärker werden heutzutage in optischen Zweiweg-Leitungsverbindungen zur Fehlersuche verwendet, und diese Verstärker verstärken optische Signale elektrisch. Diese Verstärker enthalten daher einen opto-elektrischen Wandler zur Umwandlung des optischen Signals in ein elektrisches Signal, einen elektronischen Verstärker, der das elektrische Signal verstärkt, und einen elektro-optischen Wandler, der das elektrische Signal in ein optisches Signal rückwandelt, beispielsweise gemäss der US-PS 43 00 239. Die Fehlersuche erfolgt im Einklang mit diesem Patent bei optischen Verbindungen durch kontinuierliche Überwachung, wobei eine Endstelle ein Prüfsignal aussendet, das einen Verstärker für die Prüfung angibt. Das Prüfsignal wird in dem ausgewählten Verstärker verstärkt und ein optischer Schalter wird anschliessend in den EIN-Zustand gebracht, wobei ein kleiner Teil des Prüfsignals anschliessend durch den Schalter geführt und zu der Endstelle zurückgebracht wird, die das Prüfsignal aussendet. In dieser Endstelle wird das ausgesandte Prüfsignal mit dem zurückgeschickten Prüfsignal verglichen, um festzustellen, ob in dem ausgewählten Verstärker irgendein Fehler vorliegt. Alle Verstärker der Verbindung werden auf diese Weise überprüft. In einem ausgewählten Verstärker wird somit der Schalter in den EIN-Zustand gebracht und nur ein kleiner Teil des Prüfsignals wird über den Schalter geleitet. Das Prüfsignal wird daher einmal mehr verstärkt, bevor es den ausgewählten Verstärker verlässt. Bei einem Verstärker, der nicht angegeben wurde, befindet sich der optische Schalter im AUS-Zustand und das Prüfsignal durchläuft den Verstärker, ohne über den Schalter zu treten.

In einer Vorrichtung gemäss der genannten US-PS wird ein optisches Signal nach einer opto-elektrischen Umwandlung mit Hilfe eines elektronischen Verstärkers verstärkt, wobei das Signal nach der Verstärkung erneut in ein optisches Signal umgewandelt wird. Die dabei auftretende Schwierigkeit liegt darin, dass die Übertragungsrate der Signale durch die Übertragungskapazität der elektronischen Bauelemente begrenzt ist, und diese Kapazität ist kleiner als die entsprechende Kapazität der optischen Bauelemente, was in erster Linie auf dem Unterschied in der Frequenzbandbreite beruht. Daher ist es ein Vorteil, falls eine opto-elektrische Umwandlung vermieden werden kann. Eine weitere Schwierigkeit mit der bekannten Vorrichtung besteht darin, dass die optischen Schalter nur einen kleinen Anteil der Signalleistung zurückführt, womit ein grosser Leistungsanteil verloren geht und das Prüfsignal wiederum verstärkt werden muss, bevor es den Verstärker verlässt.

Die Vorrichtung, durch welche erfindungsgemäss die vorausgehend aufgeführten Schwierigkeiten beseitigt, ist in den Ansprüchen gekennzeichnet, und umfasst optische Verstärker (repeater), einschliesslich optischer Verstärker zur Verstärkung von optischen Signalen in einem ersten Lichtleiterkabel, das die Signale in einer Richtung überträgt, und einem zweiten Lichtleiterkabel, das die Signale in der anderen Richtung überträgt, sowie einem optischen Schalter zum Umschalten eines von einer Endstelle ausgesandten Prüfsignals von dem einen zum anderen Lichtleiterkabel in einem Fehlerermittlungsvorgang, wobei das Prüfsignal anschliessend erneut zur Endstelle rückübertragen wird. Während des Fehlerermittlungsvorganges sendet die Endstelle ein Prüfsignal, das unter anderem eine Verstärkeradresse enthält, auf einem ersten Lichtleiterkabel zu einem durch die Adresse angegebenen Verstärker. Im ausgewählten Verstärker (repeater) wird das Testsignal im optischen Verstärker verstärkt, wonach der optische Schalter den Hauptteil des Prüfsignals an das zweite Lichtleiterkabel abgibt, das das Prüfsignal zur aussendenden Endstelle zurückführt, wo dieses zurückgeführte Signal auf Fehler untersucht wird. Die gewöhnliche Signalübertragung hört auf, die Fehlersuche an der Verbindung erfolgt.

Bei der Verwendung der erfindungsgemässen Vorrichtung ist die Übertragungsrate auf der Übertragungsleitung vollständig unabhängig von der Schnelligkeit der elektronischen Bauelemente, da keine opto-elektrische Umwandlung auf dem Signalweg vorgenommen wird. Die Lichtleiterfaserkapazität regelt somit die Übertragungsrate, die beträchtlich erhöht werden kann. Der optische Verstärker ist derart ausgeführt, dass praktisch das gesamte Prüfsignal durch den Schalter tritt, was besagt, dass ein Prüfsignal nicht erneut verstärkt werden muss, nachdem es den Schalter verlassen hat, sondern unmittelbar an das Kabel gegeben werden kann, das das Signal zur aussendenden Endstelle zurückbringt. Daher wird praktisch keine Leistung im Prüfsignal beim Umschalten verloren. Ausserdem hat die erfindungsgemässe Vorrichtung weniger Bauelemente als die bekannte Vorrichtung. Somit wird eine grössere Zuverlässigkeit bezüglich der Fehlerlokalisierung und der Signalübertragung erhalten.

Eine Aufgabe der Erfindung ist es daher, ein System zu schaffen, das , unter anderem bei der Fehlersuche, in optimaler Weise die Übertragungskapazität der optischen Verbindungsleitung ausnützt, indem eine vollständig optische Durchschaltung der Signale in den Lichtleiterkabeln erfolgt. Die erfindungsgemässe Vorrichtung wird nunmehr anhand eines Ausführungsbeispiels und unter Bezugnahme auf die anliegende Zeichnung beschrieben, in welcher

Fig. 1 optische Verstärker in einer Leitungsverbindung darstellt, die in einem optischen Fernübertragungssystem vorhanden ist, und

Fig. 2 einen erfindungsgemässen, optischen Verstärker angibt.

Das Ausführungsbeispiel stellt eine Leitungsverbindung für einen Zweiweg-Fernverkehr unter Verwendung von Lichtleiterfasern dar. Die Leitungsverbindung umfasst optische Verstärker, die derart ausgeführt sind, dass mögliche Fehler in der Verbindung mühelos lokalisiert werden können.

Fig. 1 zeigt eine Leitungsverbindung (1). Optische Verstärker (2) sind an ein erstes Lichtleiterkabel (3) angeschlossen, das den Fernverkehr in einer ersten Richtung führt, sowie an ein zweites Lichtleiterkabel (4), das den Fernverkehr in einer zweiten Richtung führt. Diese Kabel (3, 4) sind an eine erste und zweite Endstelle (5, 6) angeschlossen. Die jeweilige Endstelle ist mit einem Sender (7, 8) zur Aussendung optischer Signale, und einem Empfänger (9, 10) zum Empfang optischer Signale ausgestattet. Bei dieser Ausführungsform sind die Verstärker derart ausgeführt, dass die Fehlersuche, ausgehend von der ersten Endstelle (5) erfolgt und der Sender (7) ein Prüfsignal auf das erste Lichtleiterkabel (3) abgibt. Das Prüfsignal enthält eine Adresse, die einen Verstärker für die Prüfung angibt, ein Prüfmuster und ein Endbit. Der Sender (7) in der ersten Endstelle umfasst ein Fehlerlokalisierungsinstrument, eine Schnittstellenschaltung und einen Halbleiterlaser, beispielsweise aus Indiumgalliumarsenidphosphit (InGaAsP). Zur Fehlerlokalisierung sendet dieses Instrument ein Prüfsignal in Gestalt einer bitcodierten Folge aus. Die Schnittstellenschaltung steuert den Laser derart, dass das optische Signal, das vom Laser zum Lichtleiterkabel (3) ausgegeben wird, mit der Signalfolge übereinstimmt, die in die Schaltung eintritt. Der Empfänger (9) enthält einen opto-elektrischen Wandler und das erwähnte Fehlerlokalisierungsinstrument, in dem mögliche Bitfehler in einem empfangenen Prüfsignal entdeckt werden können. Die Aufgabe der Verstärker ist es, das Prüfsignal zu verstärken, was in einem optischen Verstärker (11) in der ersten Richtung erfolgt und, wenn das Prüfsignal einen durch die Adresse angegebenen Verstärker erreicht, das Prüfsignal zum zweiten Lichtleiterkabel (4) umzuschalten, so dass das Prüfsignal zum Empfänger (9) in der sendenden Endstelle zurückgebracht wird, d.h. das Signal ist in einer Schleife geführt. Die Umschaltung erfolgt in einem optischen Schalter (12). Die Verstärker (repeater) sind ebenfalls mit einem Verstärker (13) zur Verstärkung der Signale in der zweiten Richtung versehen, so dass das Prüfsignal auch auf seinem Weg zurück zur sendenden Endstelle verstärkt wird. In der sendenden Endstelle (5) wird ein Referenzmuster, das dem Prüfmuster in dem ausgesandten Prüfsignal entspricht, mit dem Prüfmuster in dem empfangenen Signal verglichen. Mit Hilfe des Resultats des Vergleiches erfolgt eine Fehleranalyse, um einen möglichen Bitfehler zu erfassen.

Ein Verstärker wird zu einem Zeitpunkt der Reihe nach überprüft, bis der Fehler gefunden ist. Der Vorgang wird im Verstärker eingeleitet, der am nächsten zur sendenden Endstelle liegt.

Ein Blockschaltbild eines erfindungsgemässen Verstärkers (repeater) (2) ist in Fig. 2 dargestellt. Wie vorausgehend erwähnt wurde, erfolgt die Fehlersuche, ausgehend von der ersten Endstelle (5) (siehe Fig. 1) und ein Prüfsignal wird im ersten Lichtleiterkabel (3) abgegeben. Das Prüfsignal wird im ersten optischen Verstärker (11) verstärkt, der einen Laserverstärker umfasst. Der Laserverstärker kann ein sogenannter "Wanderwellen-Laserverstärker" (TWLA) sein, der einer Antireflexionsbehandlung unterzogen wurde. Das Prüfsignal wird anschliessend einem Leistungsteiler (14) zugeführt, in dem das Signal geteilt wird, so dass ein erster Teil, beispielsweise 98% der Signalleistung, zu einem ersten Ausgang (15) am Leistungsteiler geführt wird, und ein zweiter Teil, beispielsweise 2% der Signalleistung, wird einem zweiten Ausgang (16) am Leistungsteiler zugeführt. Dieser Leistungsteiler (14) kann beispielsweise einen Richtungskoppler mit zwei nebeneinander liegenden Wellenleitern umfassen, die als Wellenleiter aus Lithiumnobiat mit diffundiertem Titan (Ti:LiNbO₃) hergestellt sind.

Der erste Ausgang (15) am Leistungsteiler ist mit einem ersten Eingang (17) am optischen Schalter (12) verbunden, so dass der erste Teil des Prüfsignals zum ersten Eingang (17) des Schalters geführt wird.

Der optische Schalter hat ferner einen zweiten Eingang (18) für Signale in der zweiten Richtung, und zwei Ausgänge (19, 20), wovon der erste (19) mit dem ersten Lichtleiterkabel (3) verbunden ist, während der zweite Ausgang (20) an das zweite Lichtleiterkabel (4) angeschlossen ist. Der erste Eingang (17) des Schalters ist mit seinem ersten Ausgang (19) über einen ersten optischen Wellenleiter (21) verbunden, und der zweite Eingang (18) ist mit dem zweiten Ausgang (20) über einen zweiten optischen Wellenleiter (22) verbunden. Den Wellenleitern sind Elektroden zugeordnet. Der Schalter wird durch verschiedene Spannungen gesteuert, die an die Elektroden gelegt werden, und bewirken, dass ein Signal durch den Schalter direkt von einem Eingang auf einen der Wellenleiter zu seinem Ausgang gelangt, falls eine erste Spannung den Elektroden zugeführt wird, d.h. kein Schalten erfolgt, und ein Signal wird von einem Wellenleiter zum anderen umgeschaltet, falls eine zweite Spannung den Elektroden zugeführt wird. In Fig. 2 befindet sich der Schalter (12) in einer Neutralstellung, wenn kein Schalten erfolgt, und in einer Schaltstellung, wenn ein Signal von einem Wellenleiter zum anderen umgeschaltet wird. Dieser Schalter kann aus Lithiumnobiat mit infundiertem Titan als Wellenleiter (Ti:LiNbO₃) hergestellt sein.

Der zweite Ausgang (16) des Leistungsteilers (14) ist an einen opto-elektrischen Wandler (23) angeschlossen, in dem der zweite Teil des Prüfsignals aus einem optischen Signal in ein elektrisches Signal umgewandelt wird. Eine Mustererkennungsschaltung (24), die einen Komparator enthält, ist an einen Ausgang eines Wandlers (23) zur Erkennung der Adresse im Prüfsignal angeschlossen. Eine Steuerschaltung (25) ist an einen Ausgang der Schaltung (24) angeschlossen, um den optischen Schalter so zu steuern, dass er von der Neutralstellung zur Schaltstellung geht, falls die Adresse der Verstärkeradresse entspricht, d.h. vom ersten Lichtleiterkabel (3) zum zweiten Lichtleiterkabel (4) umschaltet.

Das Prüfsignal ist aus einer Anzahl Bits aufgebaut, und wie vorausgehend erwähnt wurde, enthält das erste Bit eine Adresse zur Auswahl eines Verstärkers für die Prüfung. Die verbleibenden Bits umfassen ein Prüfmuster und ein Endbit, welches angibt, ob der Schalter nach dem Schalten von der Schaltstellung zurück in die Neutralstellung zu schalten ist. Erfasst die Mustererkennungsschaltung (24) im ausgewählten Verstärker die Verstärkeradresse, so gibt sie einen Impuls an die Steuerschaltung (25) ab, die anschliessend die Spannung an den Elektroden über die Wellenleiter im optischen Schalter (12) ändert, so dass der Schalter seine Schaltstellung einnimmt. Der erste Teil des Prüfsignals wird anschliessend vom ersten Eingang (17) des Schalters auf seinen zweiten Eingang (20) umgeschaltet und damit zum zweiten Lichtleiterkabel (4), das das Prüfsignal zur sendenden Endstelle zurückbringt. Der Anschluss eines Prüfsignals auf solche Weise ist als Schleifenanschluss bekannt. Das zurückgebrachte Prüfsignal wird anschliessend hinsichtlich Fehler in der aussendenden Endstelle analysiert. Erfasst die Schaltung (24) das letzte Bit im Prüfsignal, so erhält die Steuerschaltung (25) wiederum einen Impuls zur Zurückschaltung des Schalters (12) in seine Neutralstellung.

Die Mustererkennungsschaltung (24) decodiert die Adresse in jedem Prüfsignal, das von der aussendenden Endstelle abgegeben wird. Erreicht das Prüfsignal einen Verstärker, der vor dem durch die Adresse angegebenen Verstärker liegt, so bleibt der Schalter in seiner Neutralstellung und das Prüfsignal tritt geradewegs durch den Schalter zum ersten Lichtleiterkabel (3) und anschliessend zum nächsten Verstärker in der Leitungsverbindung.

Prüfsignale aus einem ausgewählten Verstärker in der zweiten Richtung werden im zweiten optischen Verstärker (13) des Verstärkers (repeater) verstärkt und gelangen anschliessend geradewegs durch den Schalter, vom zweiten Eingang (18) zum zweiten Ausgang (20) und weiter auf dem zweiten Lichtleiterkabel (4) zum Empfänger (9) (siehe Fig. 1) in der aussendenden Endstelle (5).

Die vorausgehend beschriebenen optischen Verstärker sind somit derart ausgeführt, dass eine zur Gänze optische Durchgangsverbindung der Signale durch die Lichtleiterkabel erzielt wird, wodurch die Übertragungskapazität der Leitungsverbindung vollständig ausgenutzt wird.

Claims (3)

1. Vorrichtung zur Fehlerlokalisierung in einer optischen Zweiweg-Leitungsverbindung, die eine erste und eine zweite Endstelle enthält, wovon jede einen Sender und einen Empfänger zum jeweiligen Senden und Empfang optischer Signale aufweist, ein erstes Lichtleiterkabel zwischen dem Sender in der ersten Endstelle und dem Empfänger in der zweiten Endstelle zwecks Übertragung optischer Signale in einer ersten Richtung, ein zweites Lichtleiterkabel zwischen dem Sender in der zweiten Endstelle und dem Empfänger in der ersten Endstelle zur Übertragung optischer Signale in einer zweiten Richtung, und eine Anzahl in Reihe geschalteter Verstärker, die mit den Lichtleiterkabeln verbunden sind, wobei bei der Fehlerlokalisierung jeder der Verstärker in der Kette seinerseits in einer Schleife angeschlossen ist, so dass ein von dem Sender in der sendenden Endstelle ausgegebenes Prüfmuster zurück zum Empfänger in der sendenden Endstelle geleitet wird, wonach ein Vergleich zwischen einem Bezugssignal, das einem vom Sender abgegebenen Prüfmuster entspricht, und dem in seinem Empfänger aufgenommenen Prüfmuster vorgenommen wird, dadurch gekennzeichnet,
dass zwecks Erzielung eines gänzlich optischen Durchgangsanschlusses der Signale durch die Lichtleiterkabel ohne opto-elektronische Umwandlung, so dass ein System erhalten wird, unter anderem zur Fehlerlokalisierung, das in optimaler Weise die Übertragungskapazität der optischen Leitungsverbindung ausnützt, die Vorrichtung mindestens einen optischen Verstärker (2) aufweist, einschliesslich eines ersten optischen Verstärkers (11), der mit dem ersten Lichtleiterkabel (3) zur Verstärkung optischer Signale in der ersten Richtung angeschlossen ist, eines zweiten optischen Verstärkers (13), der mit dem zweiten Lichtleiterkabel (4) zur Verstärkung optischer Signale in der zweiten Richtung angeschlossen ist, wobei der Sender bei der Fehlerlokalisierung über die Lichtleiterkabel ein Prüfsignal aussendet, das Adressenbits und ein Prüfmuster enthält,
dass ein Leistungsteiler (14) zur Unterteilung der ausgesandten Signale in einen ersten und einen zweiten Teil an den Ausgang des ersten optischen Verstärkers (11) angeschlossen ist, dass der Leistungsteiler einen ersten Ausgang (15) aufweist, dem der erste Teil eines ausgesandten Prüfsignals zugeführt wird,
und einen zweiten Ausgang (16), dem der zweite Teil des ausgesandten Prüfsignals zugeführt wird,
dass ein optischer Schalter (12) zur Umschaltung des Prüfsignals zwischen den Leiterkabeln einen ersten Eingang (17) hat, der mit dem ersten Ausgang (15) des Leistungsteilers verbunden ist, einen zweiten Eingang (18), der mit einem Ausgang des zweiten optischen Verstärkers (13) verbunden ist, einen ersten Ausgang (19), der mit dem ersten Lichtleiterkabel (3) verbunden ist, sowie einen zweiten Ausgang (20), der mit dem zweiten Lichtleiterkabel (4) verbunden ist,
dass ein opto-elektrischer Wandler (23) an den zweiten Eingang des Leistungsteilers (14) angeschlossen ist, um den zweiten Teil des Prüfsignals in ein elektrisches Signal umzuwandeln,
dass die Mustererkennungsschaltung (24) an einen Ausgang des Wandlers zur Erkennung der Adresse im Prüfsignal angeschlossen ist,
dass eine Steuerschaltung (25) zur Steuerung des optischen Schalters (12) an einen Ausgang an der Mustererkennungsschaltung (24) angeschlossen ist, und die Steuerschaltung den Schalter derart steuert, dass das Prüfsignal durch diesen einen der beiden Ausgänge der Schalter zugeführt wird, und
dass die Mustererkennungsschaltung (24) im ausgewählten Verstärker die Steuerschaltung bei Erfassung der Verstärkeradresse betätigt, und diese Steuerschaltung dann dem optischen Schalter ein Steuersignal zuführt, so dass der Schalter eine Schaltstellung einnimmt, in der der erste Teil des Prüfsignals vom ersten Eingang (17) des Schalters zu seinem zweiten Ausgang (20) gelegt wird, so dass das Prüfsignal zum Empfänger (9) mit der sendenden Endstelle zurückgeführt wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der optische Schalter (12) bei der Einnahme der Schaltstellung aus einer Neutralstellung ausgeht, in der ein optisches Signal durch den Schalter von einem Eingang zu dem geordneten Ausgang ohne Umschaltung hindurchtritt.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass, wenn das Prüfsignal in dem optischen Schalter (12) geschaltet wurde, dieser Schalter derart gesteuert wird, dass er von der Schaltstellung in die Neutralstellung geht.