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Gebiet der
Erfindung
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Die
Erfindung richtet sich allgemein gesagt auf optische Übertragungssysteme.
Sie hat besondere Relevanz für
optische Systeme mit Fehlerschutzanordnungen.
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Stand der
Technik
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Optische
Kommunikationssysteme übertragen
gegenwärtig
große
Mengen von Daten. Ein Faserbruch oder eine andere Unterbrechung
entlang einer Leitung kann somit potenziell mehrere Dienste beeinflussen.
Um diese Dienste mit einem Minimum an Verzögerung wiederherzustellen,
muss das Netz den Verkehr über
einen alternativen Pfad umleiten. Dies wird in dem SONET/SDH-System
durch elektrisches Umschalten und Leiten von Verkehrsignalen in jedem
Knoten bewerkstelligt. Wenn ein Faserbruch oder eine andere Störung erfasst
werden, die eine Übertragung über einen
bestimmten Link (Verknüpfung)
verhindern, können
die Knoten umkonfiguriert werden, um Verkehrssignale über alternative
Knoten umzuschalten.
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Für WDM-Systeme
und allgemeiner für
optische Vernetzung, wo mehrere Protokolle, wie etwa IP, ATM, Gigabit-Ethernet
und dergleichen mit SONET/SDH-Systemen koexistieren, ist jedoch
elektrisches Umschalten in jedem Knoten nicht praktikabel.
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Derartige
Netze sind deshalb typischerweise mit mindestens einem alternativen
Pfad konfiguriert, der durch einen getrennten direkten optischen
Link zwischen den Knoten in einem Netz gebildet wird. Der alternative
Pfad wird gewöhnlich
ein Schutzpfad genannt. Falls Information nicht über den ersten Pfad oder Arbeitspfad
ankommt, wird eine Übertragung
zu dem alternativen Pfad umgeschaltet. Für einen totalen Schutz ist
vollständige
Redundanz erforderlich, wobei der vollständige Link Sender und Empfänger dupliziert
inkludiert. Eine derartige Anordnung ist jedoch natürlich sehr
teuer, insbesondere für WDM-Systeme,
da mehrere Sender für
jeden Pfad erforderlich sind. Außerdem wird für viele
Anwendungen der Schutzgrad, der durch vollständige Redundanz sichergestellt
wird, nicht benötigt.
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Eine
Kostenverringerung wird erhalten, falls ein einzelner Sender für sowohl
die Arbeits- als auch Schutzpfade verwendet wird. Dies kann durch
Vorsehen eines Schalters, um die Verbindung zwischen den zwei Pfaden
und dem einzelnen Sender zu steuern, erreicht werden. Im Betrieb
muss jedoch Information über
einen Fehler in einem Pfad erhalten und zu der Schaltersteuerung übermittelt
werden.
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Die
Notwendigkeit zum Umschalten kann durch gleichmäßiges Unterteilen der Signalleistung von
dem Sender zwischen den zwei Pfaden unter Verwendung eines Splitters
(Verteiler) überwunden werden.
In der internationalen Anmeldung WO 98/52314 werden kombinierte
Sender offengelegt, wodurch das resultierende Signal gesplittet
wird. Die Unterteilung einer Leistung auf diese Weise wird jedoch
in jedem Pfad einen Verlust von 3 dB auferlegen, zusätzlich zu
dem Verlust in dem Splitter selbst. Diese zusätzlichen Verluste reduzieren
den möglichen Übertragungsabstand
ohne Verstärkung.
Faserverluste sind typischerweise in der Größenordnung von 0,25 dB/km.
Eine Auferlegung einer Leistungsverringerung von 3 dB in einem Pfad
verkürzt den
möglichen
Linkabstand um ungefähr
12 km.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Es
ist ein Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches Kommunikationssystem
vorzusehen, das die Nachteile von Systemen des Stands der Technik überwindet.
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Es
ist ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, ein optisches
Kommunikationssystem vorzusehen, das den Übertragungsabstand zwischen Knoten
maximiert und preiswert zu implementieren ist.
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Es
ist noch ein weiteres Ziel der vorliegenden Erfindung, einen Netzknoten
zur Verwendung in einem derartigen optischen Kommunikationssystem vorzusehen,
der die Optimierung des Übertragungsabstands
ohne die Duplizierung von Sendern ermöglicht.
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In
einem optischen Kommunikationslink gemäß der vorliegenden Erfindung
werden ein erster Knoten mit einem Übertragungsmittel und ein zweiter Knoten
mit einem Empfangsmittel durch mindestens zwei Optikfaserübertragungspfade
parallel verbunden. Ein Pfad dient als der Arbeitspfad, während der mindestens
eine weitere Pfad als der Schutz- oder Bereitschaftspfad konfiguriert
ist. Das Übertragungsmittel
in dem ersten Knoten ist mit den parallelen Übertragungspfaden über einen
Optiksignalleistungssplitter verbunden, der die Signalleistung von dem Übertragungsmittel
ungleichmäßig zwischen den Übertragungspfaden
teilt.
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Diese
ungleichmäßige Kopplung
von Signalleistung erlegt effektiv größere Verluste in einem Pfad als
in dem anderen oder den anderen auf. Der Splitter kann somit angeordnet
sein, einen höheren
Anteil der optischen Leistung, die von dem Sender empfangen wird,
in den Pfad zu koppeln, der die höheren inhärenten Verluste aufweist und
so den zusätzlichen Verlust
zu reduzieren, der in diesem Pfad auferlegt wird. Der andere Pfad
oder die Pfade werden dann einem größeren zusätzlichen Signalleistungsverlust unterworfen.
Da jedoch der verbleibende Pfad oder die Pfade einen geringeren
inhärenten
Verluste aufweisen, ist er/sind sie besser in der Lage, einen größeren Anteil
des zusätzlichen
Verlustes zu tolerieren.
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Entsprechend
kann durch geeignete Auswahl des Splittingverhältnisses und geeignete Anordnung
des Splitters der maximale Pfadverlust zwischen beliebigen zwei
Knoten minimiert werden. Dies wiederum bedeutet, dass die Linklänge und auch
die Größe des Netzes
durch Verwenden des gleichen Senders praktisch unbeeinflusst ist.
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Vorzugsweise
wird das Splittingverhältnis des
Splitters ausgewählt,
im wesentlichen die Signalleistung auszugleichen, die durch jeden
Optikfaserpfad empfangen wird. Dies ist jedoch nicht zwingend. Stattdessen
kann ein Netz nur Splitter mit einer begrenzten Zahl von unterschiedlichen
Splittingverhältnissen
umfassen, angeordnet, den Pfadverlust gleichförmiger, aber nicht notwendigerweise
gleich zwischen unterschiedlichen Pfaden zwischen Netzknoten zu
verteilen.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
der Erfindung hat der Splitter ein einstellbares Splittingverhältnis derart,
dass das Verhältnis
von Signalleistungen, die in unterschiedliche Pfade gekoppelt werden,
geändert
werden kann, um Modifikationen in einem Link oder den Wirkungen
von Alterung Rechnung zu tragen. Der Splitter ist dann derart einstellbar,
dass die Signalleistung, die in jeden Pfad gekoppelt wird, dazu
führt,
dass die Verluste in jedem Pfad im wesentlichen gleich sind.
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KURZE BESCHREIBUNG
DER ZEICHNUNGEN
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Weitere
Ziele und Vorteile der vorliegenden Erfindung werden aus der folgenden
Beschreibung der bevorzugten Ausführungs formen offensichtlich, die
auf dem Weg eines Beispiels mit Bezug auf die begleitenden Zeichnungen
angegeben werden. In den Figuren:
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1 stellt
schematisch ein optisches Kommunikationsnetz dar, und
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2 veranschaulicht
schematisch einen Teil eines Netzknotens in Übereinstimmung mit der vorliegenden
Erfindung zur Verwendung in dem Netz von 1.
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DETAILLIERTE
BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
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1 zeigt
ein optisches Kommunikationsnetz, das aus einer Vielzahl von Knoten 30 besteht. Die
Knoten sind in einem Ring durch zwei Übertragungspfade 10, 20 verbunden,
die durch optische Fasern gebildet werden. Die Knoten 30 wurden
mit A, B, C, D und E in der Fig. gekennzeichnet. Jeder Übertragungspfad 10, 20 ist
unidirektional. Wie durch die Pfeile angezeigt, fließen Daten,
die im Übertragungspfad 10 übertragen
werden, im Uhrzeigersinn um den Ring, während der Fluss von Daten im Übertragungspfad 20 gegen
den Uhrzeigersinn erfolgt. Das Netz überträgt Wellenlängenmultiplex-(WDM-, wavelength division
multiplexed)Signale, möglicherweise
parallel zu anderen Verkehrsdiensten.
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Nun 2 zugewandt,
wird ein Abschnitt eines Netzknotens 30 veranschaulicht.
Der Knoten 30 inkludiert zwei Empfänger 40, jeder gekoppelt
mit einer der Fasern 10, 20 durch einen optischen
Koppler 70. Der optische Koppler 70 ist vorzugsweise
von einem Typ, der einen Filter zum Ausfiltern der Wellenlänge oder
des Wellenbandes einbezieht, die/das bestimmt ist, durch den Knoten 70 empfangen
zu werden. Derartige Koppler sind in der Technik allgemein bekannt
und kommerziell verfügbar
und werden hier nicht detaillierter beschrieben. Signalen in allen
anderen Wellenlängen
wird erlaubt, den Knoten 30 zu durchlaufen. Es wird verstanden,
dass das Paar von Kopplern 70 in einem Knoten im wesentlichen
identisch ist, da sie die gleichen Verkehrsdienste übertragen.
Das Gleiche gilt für
die Empfänger 40.
Die Empfänger 40 sind
vorzugsweise mit einem Steuerprozessor verbunden (nicht gezeigt),
der bestimmt, welcher der beiden Pfade gegenwärtig als der Arbeitspfad arbeitet.
Der Knoten 30 inkludiert ferner eine Einzelsenderanordnung 50,
die mit beiden optischen Fasern 10, 20 verbunden
ist. Diese Verbindung wird mit einem Optikleistungssplitter 60 erreicht,
der mit einer Einzelfaser gekoppelt ist, die die übertragenen Signale überträgt, und
die übertragene
Signalleistung zwischen beiden Fasern unterteilt. Jede dieser zwei
Fasern ist dann mit einem der zwei getrennten Optikfaserpfade 10, 20 über einen
jeweiligen Koppler 80 verbunden. Die Koppler 80 sind
natürlich
gestaltet, die gleichen Wellenlängen
oder Wellenlängenbänder hinzuzufügen, wie
die Koppler 70 gestaltet sind abzuwerfen (drop). Während nur
ein Addier- 80 und ein Abwurfkoppler 70 für jeden
Knoten veranschaulicht wurden, wird verstanden, dass andere Filterkomponenten
von Kopplern mit den Fasern 10 und 20 in den Knoten 30 verbunden
sein können.
Dies ist insbesondere der Fall, wenn mehrere Kanäle in einem Knoten abgeworfen
werden oder unterschiedliche Verkehrsdienste das gleiche Netz nutzen.
Wenn z. B. ein SONET/SDH-System parallel zu einem WDM-System existiert,
können
andere Addier-Abwurf-Koppler SONET-Verkehr getrennt ausfiltern. Dienstkanäle, die
durch die Fasern 10, 20 übertragen werden, z. B. als
ein Pilotton, können
auch getrenntes Filtern erfordern.
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Es
wird verstanden, dass 2 nur eine schematische Darstellung
eines Teils eines Knotens 30 zeigt. Die verbleibenden Elemente
des Knotens sind in der Technik gut bekannt und werden nicht weiter
detailliert erörtert.
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Nun
zu 1 zurückkehrend
kann gesehen werden, dass die Fasern 10 und 20 als
zwei getrennte Übertragungspfade
dienen können.
Wenn z. B. Verkehr von Knoten A zu Knoten E gesendet wird, kann
er durch einen Arbeitspfad in Faser 10 geleitet werden,
angezeigt durch Pfeil 100, oder in einem Schutzpfad durch
Faser 20, angezeigt durch Pfeil 200. Der Verkehr
von Knoten E zu Knoten A wird durch Pfeile 300 und 400 gezeigt.
Jeder Pfad kann als der Arbeits- oder Schutzpfad dienen. Es ist
weiter offensichtlich, dass Verkehr, der auf dem Arbeitspfad 100 gesendet
wird, gut über
die Hälfte
des Rings durch Knoten B, C und D läuft, bevor er den Koppler 70 von
Knoten E erreicht. Umgekehrt läuft
der Schutzpfad 20 direkt von Knoten A zu dem Koppler 70 in
Knoten E und durchläuft
nur ein kleines Segment des Rings. Die zwei Pfade übertragen
Daten gleichzeitig. Der Splitter 60 in Knoten A unterteilt
die Signalleistung von dem Sender 50 zwischen den zwei
Pfaden. Der Arbeitspfad wird jedoch wegen der längeren Faserlänge und
den mehreren Addier-/Abwurf-Kopplern 70, 80 der
Zwischenknoten B, C und D die höheren
Leistungsverluste aufweisen.
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Die
Verluste in diesem längeren
Pfad begrenzen die Gesamtlänge
des Links. Das System erfordert einen minimalen Leistungspegel in
dem Empfänger,
was wiederum den maximalen Linkverlust begrenzt, der toleriert werden
kann. Wenn die Signalleistung von dem Sender 50 in dem
sendenden Knoten gleichmäßig zwischen
den zwei Pfaden gesplittet wird, d. h. wenn der Splitter 60 ein
Splittingverhältnis von
50 : 50 aufweist, werden sowohl die Arbeits- als auch Schutzpfade
dem gleichen zusätzlichen
Leistungsverlust von 3 dB unterworfen, wenn die überschüssigen Verluste, die durch
den Splitter 60 selbst verursacht werden, nicht in Betracht
gezogen werden. Dieser weitere Verlust verkürzt die mögliche Linklänge noch
mehr. Z. B. ist der Leistungsverlust durch eine optische Faser typischerweise
in der Größenordnung
von 0,25 dB/km. Ein zusätzli cher
Verluste von 3 dB reduziert somit die mögliche Faserlänge und
deshalb die Gesamtgröße des Netzes
um 12 km.
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In Übereinstimmung
mit der Erfindung wird der Splitter 60 gewählt, im
wesentlichen die in den Arbeits- und Schutzpfaden 100, 200 erfahrenen
Verluste auszugleichen, derart, dass die Signalleistung, die durch
die zwei Empfänger 40 empfangen
wird, auch im wesentlichen gleich ist. Dies wird durch ungleichmäßiges Unterteilen
der Signalleistung von dem Sender 50 zwischen den zwei
Fasern 10, 20 unter Verwendung des Splitters 60 erreicht,
derart, dass der Pfad, der die höchsten
Verluste wegen seiner Struktur hat, den Hauptteil der Signalleistung
und somit den kleineren Teil von zusätzlichen Verlusten empfängt. Z.
B. wird angenommen, dass der maximal zulässige Linkverlust, der durch
das System unterstützt
wird, 26 dB ist. Der Arbeitspfad 100 hat einen Linkverlust
von 25 dB und der Schutzpfad 200 hat einen Linkverlust
von 5 dB. Der Arbeitspfad kann nur 1 dB eines zusätzlichen
Leistungsverlustes tolerieren. Der Schutzpfad 200 kann
andererseits zusätzliche 21
dB an Leistungsverlust tolerieren. Falls ein Splitter 60 im
wesentlichen die Verluste durch diese zwei Pfade ausgleichen muss,
sollte er ein Leistungssplittingverhältnis von ungefähr 20 dB
aufweisen, was einen idealen gleichen Verlust von 25,4 dB für jeden Pfad
ergibt. Ein Splitter 60 mit einem Splittungs- oder Kopplungsverhältnis von
1 : 99 würde
ein befriedigendes Ergebnis vorsehen. Dies sollte mit dem Fall verglichen
werden, wenn ein Splitter mit 50 : 50 in diesem gleichen Link verwendet
wird. Die Gesamtverluste in den Arbeits- und Schutzpfaden 100, 200 wären 28 dB
bzw. 8 dB, was eindeutig den maximal zulässigen Linkverlust überschreitet.
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Der
Splitter 60 ist vorzugsweise ein geschmolzener Koppler.
Derartige Koppler sind in der Technik gut bekannt und sind mit einem
Bereich von unterschiedlichen Splittingverhältnissen kommerziell verfügbar. Es
können
jedoch auch andere ge eignete Komponenten verwendet werden, die zum
ungleichmäßigen Unterteilen
der Signalleistung zwischen zwei oder mehr Pfaden fähig sind.
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In
der Praxis werden zusätzliche
Komponentenverluste, die in Splittern mit einem Splittingverhältnis auferlegt
werden, das kleiner als 1 : 99 ist, bedeuten, dass diese für die meisten
Anwendungen nicht von Nutzen sind. Standardisierte kommerzielle
geschmolzene Koppler mit einem Splittingverhältnis von 1 : 99 haben typischerweise
einen Verlust von kleiner als 0,2 dB für den Pfad mit 99%. In dem
oben angegebenen Beispiel würde
dies zu einem Gesamtverlust von ungefähr 25,2 dB Verlust für den Arbeitspfad
führen,
was innerhalb der akzeptablen Verlustgrenze ist. Standardisierte
geschmolzene Koppler mit 50 : 50 fügen tatsächlich einen zusätzlichen
Verlust von ungefähr
3,4 dB hinzu. Die Anordnung, die einen Koppler mit 1 : 99 verwendet,
reduziert somit die Linkleistung für den Arbeitspfad um nur 0,2
dB im Vergleich zu einem vollständig
duplizierten Link mit getrennten Sendern für jeden Pfad. Sie sieht jedoch eine
Leistungserhöhung
von 3,2 dB im Vergleich zu der Anordnung 60 mit einem Splitter
von 50 : 50 vor.
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Der
Verlust in einem Übertragungspfad
wird bei Installation eines Systems kalkuliert. Die erforderlichen
Splittingverhältnisse
der Splitter 60 werden dann auf der Basis des kalkulierten
Verlustes ausgewählt.
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Es
wird verstanden, dass die Wahl des Splittingverhältnisses für den Splitter 60 nicht
genau den gleichen Verlust in sowohl den Arbeits- als auch Schutzpfaden
vorsehen muss. Aus praktischen Gründen kann ein Netz besser Splitter 60 mit
nur sehr wenigen, z. B. drei oder sogar nur zwei unterschiedlichen
Splittingverhältnissen
verwenden. Z. B. kann in dem oben beschriebenen Link ein Splitter 60 mit
1 : 99 für
alle Pfade verwendet werden, wobei der höchste Linkverlust in entweder
dem Arbeits- oder Schutzpfad ungefähr 21,6 dB überschreitet, während für jene Pfadpaare
mit Verlusten unterhalb dieses Wertes Splitter mit 50 : 50 verwendet
werden können.
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In
einer bevorzugten Ausführungsform
ist das Splittingverhältnis
des Splitters 60 einstellbar. Derartige variable Splitter
sind in der Technik gut bekannt und kommerziell verfügbar. Das
Splittingverhältnis
wird mittels eines Steuersignals gesteuert. Vorzugsweise wird die
Leistung, die durch die Empfänger
empfangen wird, in den Arbeits- und Schutzpfaden überwacht.
Information über
diese empfangene Leistung wird dann zu dem Link- oder Netzmanagementsystem übermittelt,
welches dann wiederum das Splittingverhältnis des variablen Splitters 60 einstellt,
um im wesentlichen den Leistungsverlust in den zwei Pfaden auszugleichen.
Dies erlaubt, das Verhältnis
von Signalleistung abzustimmen, während das System in Gebrauch
ist. Änderungen
in dem Linkverlust zwischen Arbeits- und Schutzpfaden, die aus Systemänderungen
resultieren, wie etwa das Hinzufügen
von mehr Filtern in einem Zwischenknoten, und auch ein sich erhöhender Verlust
wegen Alterung können
dann kompensiert werden, wenn sie auftreten.
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Während die
Erfindung in Bezug auf eine Ringkonfiguration erörtert wurde, wird erkannt,
dass sie gleichermaßen
gut auf andere Konfigurationen angewendet werden kann, wie etwa Punkt-zu-Punkt-Systeme,
Ringe mit Hub, und fortgeschrittene optische Netze. In einigen dieser
Netze kann es möglich
sein, mehr als einen alternativen Pfad vorzusehen.