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DE60118608T2 - Netzwerk-sender/empfänger zur erweiterung der bandbreite einer auf faseroptik basierenden netzwerkinfrastruktur - Google Patents

Netzwerk-sender/empfänger zur erweiterung der bandbreite einer auf faseroptik basierenden netzwerkinfrastruktur Download PDF

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DE60118608T2
DE60118608T2 DE60118608T DE60118608T DE60118608T2 DE 60118608 T2 DE60118608 T2 DE 60118608T2 DE 60118608 T DE60118608 T DE 60118608T DE 60118608 T DE60118608 T DE 60118608T DE 60118608 T2 DE60118608 T2 DE 60118608T2
Authority
DE
Germany
Prior art keywords
optical
transmitter
receiver
network
communication signals
Prior art date
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Expired - Lifetime
Application number
DE60118608T
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DE60118608D1 (de
Inventor
Michael Melbourne LANGE
John Satellite Beach DeSALVO
Edward Palm Bay TEGGE
John Satellite Beach DODZWEIT
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Harris Corp
Original Assignee
Harris Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
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Publication date
Application filed by Harris Corp filed Critical Harris Corp
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Publication of DE60118608T2 publication Critical patent/DE60118608T2/de
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Expired - Lifetime legal-status Critical Current

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Computer Networks & Wireless Communication (AREA)
  • Signal Processing (AREA)
  • Optical Communication System (AREA)
  • Inorganic Fibers (AREA)

Description

  • Verwandte Anmeldung
  • Diese Anmeldung beruht auf der früher eingereichten vorläufigen Anmeldung mit der Seriennr. 60/254,724, die am 11. Dezember 2000 eingereicht wurde.
  • Gebiet der Erfindung
  • Diese Erfindung betrifft im Zeitmultiplexbetrieb arbeitende Netzwerke wie z. B. eine Ethernet-Infrastruktur und insbesondere betrifft diese Erfindung die Erweiterung der Bandbreite einer auf optischen Fasern basierenden Zeitmultiplex-Netzwerkinfrastruktur.
  • Hintergrund der Erfindung
  • Im Zeitmultiplexbetrieb arbeitende Netzwerke wie z. B. eine Ethernet-Infrastruktur gewinnen in der aktuellen Technologie zunehmend an Bedeutung. Die bei solchen Netzwerken verwendete Bandbreite macht regelmäßige Erweiterungen erforderlich, da mehr Benutzer hinzukommen, größere Dateien übertragen werden und kompliziertere Programme auf Servern und Arbeitsstationen laufen. Die Ausführungen der Infrastrukturen sind verschieden und umfassen 10 Mb/s (10 Base-T), 100 Mb/s (100 Base-T) und 1.250 Mb/s (1000 Base-T). Zur Erweiterung einer Ethernet-Bandbreite wurde typischerweise die Datenrate erhöht wie z. B. bei der Betriebsumstellung von einem ursprünglichen 10 Base-T-System auf ein 100 Base-T-System.
  • Es ist festgestellt worden, dass die Erhöhung der Datenübertragungsrate in Multimodenfasern durch Modendispersion stark eingeschränkt wird. Ein gegenwärtig verwendetes Verfahren zur Bekämpfung der Verschlechterung durch Modendispersion besteht in der Verwendung neu entwickelter Multimodenfaserausführungen wie z. B. InfiCore, was den Austausch bestehender Faserinfrastrukturen erforderlich macht. Dies kann kostspielig sein, besonders in einigen Großstadtbereichen, wo es kostenmäßig untragbar ist, optische Faserleitungen zusätzlich hinzuzufügen oder zu ersetzen. In einem Hauptstadtbereich würde z. B. das Austauschen oder Hinzufügen von Faserleitungen die Einholung zahlreicher Genehmigungen von städtischen Behörden und zahlreiche Mannstunden für den Austausch oder das Hinzufügen zusätzlicher Kabel unter vorhandenen Straßen erforderlich machen. Ferner sind Wellenlängenkanäle vom Stand der Technik in einigen Multiplex-Systemen mit etwa 3.000 Gigahertz breit gewesen.
  • Die europäische Patentanmeldung Veröffentlichung Nr. EP 1043847-A beschreibt ein im Multiplexbetrieb arbeitendes Übertragungsnetzwerksystem, bei dem Signale von und zu mehreren Sende-/Empfangsvorrichtungen geleitet werden können. Lenttke H. "Optischer Wellenlängenmultiplex für Lokale Netze", NTZ (Nachrichtentechnische Zeitschrift), VDE Verlag GMBH, Berlin, Deutschland, Bd. 47, Nr. 1, 1994, Seiten 26–28, XP000424440 ISSN: 0027-707X D2, betrifft eine Anordnung, bei der mehrere Signale kombiniert und über optische Einmoden- oder Gradientenfasern bei vorgegebenen Wellenlängen übertragen werden können, wobei die Fasern die gewünschten Dämpfungseigenschaften aufweisen. Das US-Patent Nr. 5,245,404 betrifft eine Technik zum Kombinieren von Signalen mit variierenden Wellenlängen zu einer einzigen optischen Multimodenfaser. Obwohl diese Anordnungen in bestimmten Fällen brauchbar sein können, lassen sie sich nicht ohne weiteres in ein bestehendes optisches Kommunikationsnetzwerk integrieren und in Verbindung mit diesem verwenden.
  • Zusammenfassung der Erfindung
  • Eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist deshalb die Erweiterung der Bandbreite eines bestehenden optischen Kommunikationsnetzwerks ohne die Nachteile des Stands der Technik.
  • Die vorliegende Erfindung ist vorteilhaft und baut auf bestehenden Netzwerken z. B. Ethernet-Komponenten und bestehender Faserinfrastruktur auf. Der technische Ansatz des Systems ist auf eine höhere Kanalanzahl und höhere Datenraten erweiterbar, um eine höhere gesamte Informationskapazität zu erreichen.
  • Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung enthält ein Netzwerk-Sender/Empfänger für Multimoden-Wellenlängenmultiplexbetrieb (Wavelength Divison Multiplexing-WDM) eine Mehrzahl optischer Sender zum Senden optischer Kommunikationssignale entlang entsprechenden Signalwegen. Ein Multiplexer ist funktional mit jedem optischen Sender verbunden und empfängt die optischen Kommunikationssignale und multiplext die optischen Kommunikationssignale zu einem optischen Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal mit Wellenlängenkanalabständen von weniger als ca. 1.000 Gigahertz. Ein Demultiplexer empfängt ein optisches Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal und demultiplext das Signals in eine Mehrzahl gedemultiplexter optischer Kommunikationssignale. Von einer Mehrzahl optischer Empfänger ist jeder auf einen entsprechenden optischen Sender abgestimmt und detektiert ein entsprechendes gedemultiplextes optisches Kommunikationssignal.
  • Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der optische Empfänger einen PIN-Detektor auf. Der PIN-Detektor weist einen InGaAs-PIN-Detektor auf. Er enthält auch einen Transimpedanzverstärker. Bei einem anderen Aspekt der vorliegenden Erfindung weist der Sender einen DFB-(distributed Feedback)Laser sowie einen thermoelektrischen Kühler und eine Steuerschaltung auf.
  • Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung ist ein Dämpfungsglied innerhalb eines Signalkanals zwischen jedem optischen Sender und dem Multiplexer positioniert. Eine optische Einmodenfaser definiert einen Signalkanal zwischen dem Dämpfungsglied und dem optischen Sender und eine optische Multimodenfaser definiert einen Signalkanal zwischen dem Dämpfungsglied und dem Multiplexer. Ein Sender/Empfänger ist mit jedem optischen Sender und darauf abgestimmten optischen Empfänger elektrisch verbunden, um ein optisches Kommunikationssignal zu empfangen und zu senden. Der Sender/Empfänger ist bei einem ersten Wellenlängenband aktiv und der optische Sender und der darauf abgestimmte optische Empfänger sind bei einem zweiten Wellenlängenband, das vom ersten Wellenlängenband hochgemischt wird, aktiv.
  • Bei einem weiteren Aspekt der vorliegenden Erfindung beinhaltet der Netzwerk-Sender/Empfänger physikalische Teilschicht-Chipschaltungen, die funktional mit einer Mehrzahl optischer Sender und darauf abgestimmten optischen Empfängern verbunden sind. Eine elektrische Schnittstelle ist funktional mit der physikalischen Teilschicht-Chipschaltung verbunden. Die elektrische Schnittstelle umfasst eine Mehrzahl Ethernet 1000 Base-T-Anschlüsse mit RJ-45-Anschlussbuchsen. Eine Serializer-/Deserializer-(SERDES-)Schaltung ist funktional mit einem optischen Sender und einem darauf abgestimmten optischen Empfänger verbunden. Eine Schalter-Schaltung ist funktional mit der Serializer-/Deserializer-Schaltung verbunden und eine physikalische Teilschicht-Chipschaltung und eine elektrische Schnittstelle sind funktional mit der Schalter-Schaltung verbunden.
  • Bei einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung enthält ein Multiport-Netzwerk-Hub (Mehrtor-Netzwerk-Kontrollstation) eine Mehrzahl Sender/Empfängerplatinen mit jeweils einer Netzwerkschnittstellenverbindung zu einem Netzwerk und einer funktional mit der Netzwerkschnittstelle verbundenen Schalter-Schaltung. Mindestens ein optischer Sender empfängt Signale vom Netzwerk an der Netzwerkschnittstelle und sendet optische Kommunikationssignale. Mindestens ein optischer Empfänger ist auf den mindestens einen optischen Sender abgestimmt zum Empfangen und Detektieren eines optischen Kommunikationssignals und zum Erzeugen eines Signals an das Netzwerk über die Netzwerkschnittstelle. Ein Prozessor ist funktional mit der Schalter-Schaltung verbunden, um diese zu steuern. Ein Bus verbindet jeden Prozessor und ein Wellenlängen-Multiplexer ist funktional mit jedem optischen Sender zum Multiplexen der optischen Kommunikationssignale in ein optisches Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal verbunden. Ein Demultiplexer ist funktional mit jedem optischen Empfänger verbunden und empfängt und demultiplext das optische Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal in eine Mehrzahl gedemultiplexter optischer Kommunikationssignale.
  • Es ist auch ein Verfahren zum Erhöhen der Bandbreite eines bestehenden optischen Kommunikationsnetzwerks durch Senden optischer Kommunikationssignale von einer Mehrzahl entlang entsprechender Signalkanäle positionierter optischer Sender offenbart. Die optischen Kommunikationssignale werden zu einem optischen Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal gemultiplext. Ein Demultiplexer demultiplext ein optisches Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal in eine Mehrzahl optischer Kommunikationssignale entlang entsprechender Signalkanäle, die detektierte Signale mit optischen Empfängern empfangen, die mit den optischen Sendern abgestimmt sind.
  • Kurzbeschreibung der Zeichnungen
  • Andere Aufgaben, Merkmale und Vorteile der vorliegenden Erfindung erschließen sich aus der folgenden detaillierten Beschreibung der Erfindung unter Berücksichtigung der beiliegenden Zeichnungen; es zeigen:
  • 1 eine beispielhafte Ethernet-Infrastruktur mit einem Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung, der mit Ethernet-Servern und entsprechenden Ethernet-Schaltern verbunden ist.
  • 1A eine Mehrzahl Ethernet-Schalter, die über eine optische Multimodenfaser mit dem Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung, wie er in einer Ethernet-Infrastruktur verwendet wird, verbunden ist.
  • 2 eine schematische Zeichnung einer beispielhaften Ethernet-Infrastruktur und eine Verwendung der Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung.
  • 3 ein Blockdiagramm einer hohen Ebene, das Grundkomponenten eines Beispiels für einen Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung zeigt.
  • 4 ein Blockdiagramm einer hohen Ebene eines Sendermoduls, das in dem Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann.
  • 5 ein Blockdiagramm einer hohen Ebene für ein anderes Beispiel eines Multimoden-WDM-Netzwerk-Senders/Empfängers der vorliegenden Erfindung, der das Kombinieren mehrerer Kanäle zu einer einzigen Multimodenfaser ermöglicht, was erhöhten Datendurchsatz bei einer bestehenden Architektur für ein lokales Netzwerk (LAN) möglich macht.
  • 6 ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels für einen Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger als einen beispielhaften Ethernet-Wandler, der eine 1000 Base-T-Multiport-Verbindung und Konvertierung in ein WDM-Gigabyte-Signal ermöglicht.
  • 7 ein Blockdiagramm eines anderen Beispiels für einen Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger der vorliegenden Erfindung und ein beispielhaftes Ethernet-Hub (Ethernet-Kontrollstation), das eine direkte Konvertierung von 10/1000-Kupfer in Gigabyte-Wellenlängen-Multiplexsignale implementiert.
  • 8 ein Blockdiagramm des Ethernet-Hubs von 7, das eine Netzwerkanwendung auf verschiedenen Stockwerken eines Gebäudes zeigt.
  • Detaillierte Beschreibung der bevorzugten Ausführungsformen
  • Die vorliegende Erfindung wird nunmehr im Folgenden unter Bezugnahme auf die beiliegenden Zeichnungen, in denen bevorzugte Ausführungsformen der Erfindung dargestellt sind, ausführlicher beschrieben. Diese Erfindung kann jedoch in vielen verschiedenen Formen verkörpert werden und ist nicht als auf die hierin dargelegten Ausführungsformen beschränkt auszulegen. Vielmehr sind diese Ausführungsformen bereitgestellt, damit diese Offenbarung gründlich und vollständig ist und dem Fachmann den Gültigkeitsbereich der Erfindung vollständig vermittelt. Identische Bezugszeichen kennzeichnen überall gleiche Elemente.
  • Eine Vorrichtung und ein Verfahren der vorliegenden Erfindung beinhalten einen Netzwerk-Sender/Empfänger für Multimoden-Wellenlängenmultiplexbetrieb (Multimoden-WDM), der die Bandbreitenerweiterung einer auf optischen Fasern basierenden Wellenlängenmultiplex-Netzwerkinfrastruktur wie z. B. einer Ethernet- Infrastruktur als ein nicht einschränkendes Beispiel mittels Multimoden-Wellenlängen-Multiplexer-Technologie ermöglicht. In dieser Beschreibung sind die Vorrichtung und das Verfahren der vorliegenden Erfindung durchgängig bezüglich einer Ethernet-Infrastruktur beschrieben. Die Erfindung kann jedoch auf jede Netzwerk-Infrastruktur angewendet werden, die transparente Zeitmultiplex-Fähigkeiten aufweist. Ethernet ist nur ein Typ von Formaten, die bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • Wie vorher erwähnt, erweitern Praktiken vom Stand der Technik die Ethernet-Bandbreite durch Erhöhen der Datenraten von Signalen innerhalb der Infrastruktur wie z. B. 10 Mb/s (10 Base-T), 100 Mb/s (100 Base-T) und 1.250 Mb/s (1000 Base-T). Die Erhöhung der Datenratenübertragung in einer Multimodenfaser wird jedoch durch Modendispersion eingeschränkt. Die Positionierung zusätzlicher Leitungen in einigen Gebieten ist kostenmäßig untragbar. So ist es beispielsweise kostenmäßig untragbar, zusätzliche optische Faserleitungen in einem dicht besiedelten Stadtgebiet unter einer Straße hinzuzufügen. Die vorliegende Erfindung erweitert vorteilhaft die Bandbreite des Netzwerkes, z. B. die Ethernet-Bandbreite, mittels Techniken für auf optischen Fasern basierenden Multimoden-Wellenlängenmultiplexbetrieb, indem sie auf den bestehenden Netzwerkkomponenten und bestehenden Faserinfrastrukturen aufbaut. Sie ist auf eine höhere Kanalanzahl und höhere Datenraten erweiterbar, um eine höhere gesamte Informationskapazität zu erreichen.
  • 1 veranschaulicht ein Netzwerk 10 als eine Ethernet-Infrastruktur mit Personalcomputern 12, die über dem Fachmann bekannte übliche Netzwerk-Drahtverbindungen 14 mit 1,25 Gb-Netzwerk-(z. B. Ethernet-)Schaltern 16 verbunden sind. Die Ethernet-Infrastruktur 10 enthält als 18 gekennzeichnete Server, wobei drei 1,25 Gb-Server dargestellt sind. Die Server 18 sind funktional mit einem Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger 20 der vorliegenden Erfindung verbunden und funktional mit einer bestehenden optischen Multimodenfaser 22 und einem zweiten Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger 20a, der funktional mit den 1,25 Gb-Netzwerk-(z. B. Ethernet-)Schaltern 16 verbunden ist, verbunden. Obwohl der Ausdruck "Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger 20" in der gesamten Beschreibung verwendet wird, versteht es sich, dass im Kontext der Ethernet-Infrastruktur 10 von 1 der Sender/Empfänger ein beispielhafter Multimoden-Wellenlängen-Multiplex-Ethernet-Sender/Empfänger ist, der ab etwa 1,25–20 Gb/s arbeitet. Er kann für verschiedene Produkte verwendet werden, wie unten weiter erläutert, unter anderem für einen Ethernet-Sender/Empfänger, einen Ethernet-Wandler und ein Multiport-Ethernet-Hub.
  • 1A ist ein Blockdiagramm, das ein anderes Beispiel für den Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger 20 zeigt, der funktional mit 16 verschiedenen Ethernet-Schaltern 24 über eine 1,25 GB/s-Ethernet-Multimodenfaser 26 und mit der bestehenden optischen Multimoden-Verbindungsfaser 28 zum Senden und Empfangen von Datensignalen verbunden ist. Der Sender/Empfänger 20 ist bei einer Ausführungsform als ein separates Modul gebildet, das funktional mit bestehenden Ethernet- und anderen Netzwerkkomponenten verbunden ist. Er ist mit bis zu ca. 16 Kanälen mit 1,25 Gb/s, 200 GHz bis 400 GHz beabstandeten optischen WDM-Kommunikationssignalen aktiv. Das System ist mit einem lokalen Netzwerk mit begrenzter Leitungslänge auf einer 62,5 -Mikrometer- oder 50 Mikrometer-Multimodenfaser oder -Einmodenfaser aktiv. Der Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger kann auf einer einzigen gedruckten Leiterplatte (oder einem anderen Chassis oder einer anderen bekannten Art von Platinen) ausgebildet und in ein herkömmliches 19''-Einbaugestell oder ähnliches Gestell eingesetzt sein. Der Sender/Empfänger kann in einem Gestell in einem belüfteten 5U-Chassis oder Einschubgerät, wie es dem Fachmann bekannt ist, installiert sein. Der Sender/Empfänger 20 ist bei verschiedenen Wellenlängen aktiv, und insbesondere bei dem ITU-Gitter mit Wellenlängen von 1550.XXX Nanometer, das dem Fachmann bekannt ist. Der Sender/Empfänger 20 ist mit Ethernet kompatibel und auch für andere Formate des Zeitmultiplexbetriebs (TDM) wie z. B. 100 Base-EX und ähnliche bestehende Normen transparent.
  • Die vorliegende Erfindung ermöglicht vorteilhafterweise die Kombination von 2 bis 16 Kanälen von Gb-Ethernet zu einer einzigen Multimodenfaser, was einen Datendurchsatz von bis zu 20 Gb/s bei einer bestehenden LAN-Struktur ermöglicht. Bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung ist sie auf 16 Kanäle skalierbar und verwendet einen Multiplexer mit einem standardmäßigen kommerziellen, handelsüblichen 1 × 16-Koppler sowie einen Demultiplexerfilter, der auf einem Volumen-Beugungsgitter und einer 50- oder 62,5-Mikrometer-Multimodenfaser basiert. Vorteilhafterweise verwendet sie die bestehende und mit bestehenden Normen kompatible Multimoden-Verbindungsfaser und vorhandene Ausrüstung wieder. Mit einer direkten Schnittstelle zu vorhandener Ausrüstung und bei Bedarf mit modularen Kanalaufrüstungen hat sie eine größere Reichweite.
  • Der Sender/Empfänger 20 der vorliegenden Erfindung verwendet Sender wie z. B. direkt modulierte DFB-Lasermodule mit 2,5 Gb/s und integriertem thermoelektrischem Kühler (thermoelectric cooler – TEC), Temperaturregelung, optischer Leistungsregelung und Lasertreiberschaltung. Die Empfänger können 2,5 Gb/s-INgAaS-PIN-Dioden mit integriertem Transimpedanzverstärker (TIA), Nachverstärker, PECL-(positive emitter coupled logic)Treiber und Signaldetektion verwenden. Der Sender/Empfänger hat bei einem Aspekt der vorliegenden Erfindung eine Schnittstelle zu einem vorhandenen 1,25 Gb-Ethernet-Backbone mit 850-Nanometer-Sendern/Empfängern und ST-Kupplungen zur Multimodenfaserverbindung.
  • Wenn auch nicht im Einzelnen dargestellt, könnte der Sender/Empfänger 20 in einem separaten Gehäuse wie z. B. einem Modulkasten untergebracht sein, wobei Leuchtdiodenanzeiger (LED) an der Frontplatte für jeden Kanal verwendet werden, wie z. B. eine 850-Nanometer-Signaldetektion (grün), eine WDM-Signaldetektion (grün), eine WDM-Startleistung (rot) und ein WDM-Wellenlängenfehler (rot). Die Stromversorgung könnte eine 200-Watt-Versorgung mit 3,3 Volt-, 5 Volt- und 12 Volt-Ausgängen mit thermoelektrischen Kühlern bei 3,3 Volt und 11 Ampere sein. Die Empfänger und Sender/Empfänger könnten bei 3,3 Volt und 1,5 Ampere mit Lasersteuerschaltungen bei 5 Volt und 0,2 Ampere und Belüftungsventilatoren mit einem Betrieb bei 12 Volt und 0,4 Ampere aktiv sein. Obwohl es sich bei den oben aufgeführten technischen Daten nur um nicht einschränkende Beispiele handelt, geben sie ein detailliertes Beispiel für den Typ der bei der vorliegenden Erfindung aktiven Komponenten, Schaltungen und technischen Daten.
  • 2 zeigt ein Beispiel dafür, wie der Sender/Empfänger 20 mit Ethernet-Schaltern 30 aktiv ist, die 1000-BSX-Ports aufweisen, von denen einer eingebaut ist und zwei angefügt sind, die über 100-Megabyte-Kupferverbindungen 34 als Bestandteil einer Ethernet-Infrastruktur funktional mit 10/100-Megabyte-Arbeitsstationen 32 verbunden sind. Ein anderer Ethernet-Schalter 36 ist mit 1000 Mb-Servern 38 und über eine 1000 BSX-Multimodenfaser 40 mit einem zweiten Sender/Empfänger 20a verbunden.
  • 3 stellt einen Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger 20 dar, der auf einer einzigen Platine 42 enthalten und bei 10 Gb/s aktiv sein kann. Der Sender/Empfänger 20 kann bei bis zu 20 Gb/s oder mehr aktiv sein, wenn zusätzliche Komponenten hinzugefügt werden. Die Platine 42 ist als ein nicht einschränkendes Beispiel nur mit hinreichend vielen Komponenten dargestellt, um Datendurchsätze mit 10 Gb/s zu ermöglichen.
  • Die hintere Schnittstelle 44 zur bestehenden Verbindungsfaser ist im hinteren Bereich der Platine oder des Modulkastens positioniert und ist über einen Empfangsport 46 und Sendeport 48 mit der Multimodenfaser wie dargestellt verbunden. Eine vordere Schnittstelle 50 zu bestehender Ausrüstung ermöglicht es, eine Faser als Steckteil (plug-in) vorn an der Platine oder dem Modulkasten hinein- und hinauszuführen. Die vordere Schnittstelle 50 ist mit dem Fachmann bekannter bestehender Ausrüstung wie z. B. standardmäßiger Ethernet-Ausrüstung kompatibel. Die vordere Schnittstelle 50 enthält die Sende- und Empfangsfaser-Verbinder 52, 54 (oder Ports), die die bestehende optische Faser in 850 Nanometer-Sendern/Empfängern 56 hinein verbinden, als ein nicht einschränkendes Beispiel. Als ein Beispiel für die vorliegende Erfindung sind acht 850 Nanometer-Sen der/Empfänger 56 dargestellt, um eine 10 Gb/s-Datenübertragung in einem Multimoden-WDM-Netzwerk zu ermöglichen. In einer 20 Gb/s-Multimoden-WDM-Netzwerk-Sender/Empfänger-Platine 42 würden beispielsweise 16 850 Nanometer-Sender/Empfänger verwendet und als eine direkte Schnittstelle mit bestehender Ausrüstung verbunden sein.
  • Die Sender/Empfänger 56 sind über eine wechselstromgekoppelte 50 Ohm-Niederspannungs-Differential-PECL-Verbindung 58 mit einem integrierten optischen WDM-Sendermodul 60 verbunden, das im 1500.XX Nanometer-Wellenlängenband aktiv ist. Ein Empfänger 62 ist vorzugsweise als ein integrierter PIN-Empfänger gebildet, der InGaAs-PIN-Dioden enthält. Er enthält einen Transimpedanzverstärker (TIA) und einen damit aktiven Nachverstärker. Das integrierte WDM-Sendermodul 60 ist über eine Einmodenfaser 64 mit einem Dämpfungsglied 66 verbunden, das wiederum mit einer Einmodenfaser 68 mit einem Kombinierer/Multiplexer 70 verbunden und mit diesem aktiv ist, der die optischen Kommunikationssignale von der Einmodenfaser zur Übertragung über eine einzige Multimodenfaser am Sendeport 48 multiplext. Der integrierte PIN-Empfänger 62 ist mit einer Multimodenfaser 72 verbunden, die mit einem Filter 74 verbunden ist, bei dem es sich um einen 8- oder 16-Kanal-Demultiplexer handelt (dargestellt ist 8-Kanal). Dieser filtert die verschiedenen Wellenlängen, die auf der bestehenden Verbindungsfaser empfangen werden, mit dem Fachmann bekannten Techniken in separate Wellenlängen heraus.
  • 4 zeigt ein Blockdiagramm eines integrierten WDM-Sendermoduls 60, das bei der vorliegenden Erfindung verwendet werden kann und bei den Wellenlängen aktiv ist, wie z. B. in 3 dargestellt. Der optische Sender 60 enthält Standardoptik und verwendet Dioden 76, einen thermoelektrischen Kühler (TEC) 78, eine Steuerungsschaltung 80, die als ein Lasertreiber und eine Steuerschaltung dient, und eine geeignete Temperaturregelungsschaltung 82 und eine Überwacher- und Alarmschaltung 84. Verschiedene Ausgangs-/Eingangsports 86 werden für den Be trieb und die Verbindung verwendet. Der Sender 60 kann als eine verteilte DFB-Laserschaltung ausgebildet sein.
  • Der optische Sender 60 kann auf einer einzigen integrierten Siliziumschaltung mit einer Rückfassetten-Diode als ein Rückkopplungselement mit einem Regelschleifensystem aktiv sein. Solche Gerätetypen werden von verschiedenen Unternehmen, darunter Nortel Networks Corporation, als ein 2.488 Gb/s-WDM-Sendermodul hergestellt und vertrieben. Der optische Sender kann Eingänge enthalten, die mit einer differentiellen Impedanz von 100 Ohm und einem Spannungshub für PECL/ECL wechselstromgekoppelt sind. Die Laservorrichtung kann ein DFB-Laser mit optischer Isolation, Laser-Treiber, automatischer Laserleistungsregelung und Überwachungsfunktion mit dem thermoelektrischen Kühler sein, um eine konstante Lasertemperatur und Wellenlänge beizubehalten. Der Sender kann mikroprozessorbasierte Standard-Steuerschaltungen enthalten, die einen optischen Ausgang über eine Einmoden-Anschlussfaser haben, die mit verschiedenen dem Fachmann bekannten optischen Einmoden-Verbindern versehen sein kann.
  • Die verschiedenen Ausgangs-/Eingangsports 86 und zugehörigen Schaltungsfunktionen beinhalten eine Senderdeaktivierung zum Aktivieren und Deaktivieren des Lasers und einen Laservorstrom-Überwacher, der einen analogen Spannungsausgang für den Laservorstrom liefert und eine Änderung der Laserschwelle anzeigt, während der Laser altert. Ein Alarm für "Vorstrom außerhalb der Grenzen" kann aktiviert werden, wenn der Laser ausfällt oder wenn die Lebenszeitende-Eigenschaften des Lasers im Begriff sind, erfüllt zu werden. Die Temperaturüberwachung liefert einen Spannungsausgang für eine Laser-Submount-Temperatur (Submount: montierter Barren) und ein Temperaturalarm kann einen entsprechenden Alarm mit einer Schwelle liefern. Der Modulationseingang ermöglicht Amplitudenmodulation für Wellenlängenkennzeichnung (wavelength tagging), während entsprechende Stromversorgungseingänge gefiltert werden können.
  • Die 5 bis 8 zeigen drei verschiedene Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung. 5 stellt einen Ethernet-Sender/Empfänger 100 für 1000 SX (oder LX) zu 10 Gb/s (oder 20 Gb/s) dar, bei dem Kurzwellenlängen-Laser-Sender/Empfänger oder Multimedia-Faserunterstützungslängen von 300 Metern (mit 62,5 Mikrometer-Multimodenfaser) oder 550 Metern (mit 50 Mikrometer-Multimodenfaser) aktiv sein können. Langwellenlängen-Laser-Sender/Empfänger gemäß 1000 Base-LX können für Sendeanlagen ebenfalls verwendet werden. Ein SX- oder LX-Sender/Empfänger 102 ist über eine PECL-Schaltung 104 mit dem einen DFB-Laser aufweisenden und bei einer ersten Wellenlänge aktiven Sendermodul 60 und mit dem InGaAs-PIN-Empfänger 62 verbunden. Acht Empfänger und Sender sind dargestellt, die auf acht Signalkanälen aktiven Wellenlängen λ1 bis λ8 aktiv sind. Die acht Wellenlängen-Signalkanäle und zugehörige Sender und Empfänger sind mit dem WDM-Multiplexer 70 und Filter 74 verbunden, wie oben mit optischen Faserverbindungen für Sende- und Empfangsports beschrieben. Dieses Beispiel für die vorliegende Erfindung ermöglicht es, acht (oder 16, falls 16 Sender/Empfänger verwendet werden) Kanäle eines SX- oder LX-Gb-Ethernets zu einer einzigen Duplex-Multimodenfaser zu kombinieren, die einen Datendurchsatz von 10 (oder 20) Gb/s bei der bestehenden LAN-Architektur ermöglicht.
  • 6 zeigt eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung unter Verwendung ähnlicher Komponenten, allerdings mit einem Acht-Port-Ethernet-Wandler 110 für 1000 Base-T zu 10 Gb/s, der ein 16-Port-Ethernet-Wandler für 1000 Base-T zu 20 Gb/s sein könnte, wenn 16 elektrische Eingangskanäle und entsprechende Komponenten verwendet werden. Wie dargestellt, wird die 1000 Base-T-Ethernet-Verbindung mit FJ-45-Kopplern 112 verwendet, die unter Anwendung von dem Fachmann bekannten Schaltungsprinzipien mit Transformatoren (XFMR) 114 verbunden sind. Die Transformatoren 114 sind mit Gigabyte-Quad-Chips 116 für die physikalische Teilschicht (PHY) und mit einer mediumunabhängigen Gigabyte-Schnittstellenschaltung (MMII-Schaltung) 118 zu den Gigabyte-Quad-Chips für die physikalische Teilschicht (PHY)(PECL I/F) 120 aktiv, wie dem Fachmann bekannt ist. Die GMII-Schnittstelle 118 könnte unabhängige parallele Sende- und Emp fangsschnittstellen für synchrone Daten definieren und ermöglicht eine Chip-zu-Chip-Schnittstelle zu gemischten Komponenten der Endgeräte-Anschlusssteuerung (MAC, Media Access Control) und der physikalischen Teilschicht. Die GMII-Schnittstelle 118 ist mit den Quad-Komponentenpaaren 116, 120 der physikalischen Gb-Teilschicht aktiv wie dargestellt. Die Gigabyte-Quad-PECL-PHY 120 ist mit den die DFB-Laser-Module aufweisenden Sendern 60 und mit den InGaAs-PIN-Empfängern 62, dem Filter/Demultiplexer und dem Multiplexer aktiv.
  • Die 7 und 8 zeigen eine andere Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, die ein 96 10/100-Port-Ethernet-Hub 130 mit einer 10 Gb/s-Aufwärtsstrecke bildet. Wie dargestellt, sind vier separate Sender/Empfänger-Platinen 132a bis d über einen PCI-Bus 134 verbunden und mit einer CPU (Zentraleinheit) 136 und einer Speichereinheit 138 in eine 10/100/1000-Schaltervorrichtung 139 hinein aktiv. Die Schaltervorrichtung ist mit den Oktalchips für die physikalische Teilschicht (PHY) 140 und RJ-45-Eingangsports 142 aktiv. Die Schaltervorrichtung 139 ist mit einem Gigabyte-Serializer/Deserializer (SERDES) 144 aktiv und typischerweise mit Taktrückgewinnung und Taktmultiplikation mit mehreren Schnittstellen, Rückwand, Kabeln und optischen Modulen monolithisch gebildet. Wie dem Fachmann bekannt ist, ist der SERDES 144 typischerweise auch als ein ASIC-Sender/Empfänger-Kern (ASIC = anwendungsspezifische integrierte Schaltung) gebildet, der für integrierte bidirektionale Ultrahochgeschwindigkeits-Punkt-zu-Punkt-Datenübertragung über Medien mit verschiedener Impedanz sorgt. Der SERDES verbindet durch den DFB-Sender 60 und PIN-Empfänger 62 des oben beschriebenen Typs und mittels der Multimodenfaser an Sende- und Empfangsports in den entsprechenden Kombinierer/Multiplexer und Demultiplexer/Filter hinein, um den 10 Gb/s-Port zu bilden, wie dargestellt ist. So ermöglicht das Hub eine direkte Umstellung von 10/100 Kupfer zu einer 10 Gb/s-WDM-Lichtleitstrecke.
  • 8 zeigt eine Netzwerkanwendung mit dem Ethernet-Sender/Empfänger für 1000 Base-SX (oder LX) zu Multi-Gigabyte (10 bis 20) der vorliegenden Erfindung, wobei auf dem Stockwerk 1 eine Server-Farm dargestellt ist und Stockwerk 2, Stockwerk 3 und Stockwerk 4 verschiedene Ethernet-Hubs 130 der vorliegenden Erfindung aufweisen, die mit verschiedenen Arbeitsstationen 146 verbunden sind, wie dargestellt ist.
  • Zahlreiche Modifikationen und andere Ausführungsformen der Erfindung, die den Vorteil der Lehren aufweisen, die in den oben stehenden Beschreibungen und den zugehörigen Zeichnungen dargelegt wurden, werden sich für den Fachmann ergeben. Es versteht sich deshalb, dass die Erfindung nicht auf die speziellen offenbarten Ausführungsformen zu beschränken ist, und dass die Modifikationen und Ausführungsformen vom Gültigkeitsbereich der Unteransprüche abgedeckt sein sollen.

Claims (15)

  1. Netzwerk-Sender/Empfänger für Multimoden-Wellenlängenmultiplexbetrieb, aufweisend: eine Mehrzahl optischer Sender (60), die optische Kommunikationssignale entlang entsprechender Signalwege senden; einen Multiplexer (70), der funktional mit jedem optischen Sender verbunden ist, um die optischen Kommunikationssignale zu empfangen und die optischen Kommunikationssignale zu einem optischen Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal zu multiplexen; einen Demultiplexer (74) zum Empfangen eines optischen Multimoden-Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssignals und zum Demultiplexen des Signals in eine Mehrzahl gedemultiplexter optischer Kommunikationssignale; eine Mehrzahl optischer Empfänger (62), die jeweils auf einen entsprechenden optischen Sender abgestimmt sind, um das gedemultiplexte optische Kommunikationssignal zu empfangen und zu detektieren; und eine Mehrzahl Sender/Empfänger (56), die mit jedem optischen Sender darauf abgestimmten optischen Empfänger verbunden sind, um ein optisches Kommunikationssignal zu empfangen und zu senden; dadurch gekennzeichnet, dass jeder Sender/Empfänger (56) bei einem ersten Wellenlängenband aktiv ist; und jeder optische Sender (60) und darauf abgestimmte optische Empfänger (62) bei einem zweiten Wellenlängenband aktiv ist.
  2. Netzwerk-Sender/Empfänger nach Anspruch 1, bei dem das zweite Wellenlängenband vom ersten Wellenlängenband hochgemischt wird.
  3. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der optische Empfänger (62) einen PIN-Detektor aufweist.
  4. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der PIN-Detektor einen InGaAs-PIN-Detektor aufweist.
  5. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der optische Empfänger (62) ferner einen Transimpedanzverstärker aufweist.
  6. Netzwerk-Sender/Empfänger nach Anspruch 1 oder 2, bei dem der optische Empfänger (62) eine Lawinen-Fotodiode APD (Avalanche Photo Diode) aufweist.
  7. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem der optische Sender (60) einen DFB-(distributed feedback)Laser aufweist.
  8. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, ferner ein Dämpfungsglied (66) aufweisend, das in einem Sendesignalkanal zwischen jedem optischen Sender (60) und dem Multiplexer (70) positioniert ist.
  9. Netzwerk-Sender/Empfänger nach Anspruch 8, ferner einen Einmoden-Lichtwellenleiter (64) aufweisend, der einen Signalkanal zwischen dem Dämpfungsglied (66) und dem optischen Sender (60) definiert sowie einen Lichtwellenleiter (68), der einen Signalkanal zwischen dem Dämpfungsglied (66) und dem Multiplexer (70) definiert.
  10. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, ferner eine physikalische Subschicht-Chipschaltung aufweisend, die funktional mit der Mehrzahl optischer Sender (60) und darauf abgestimmter optischer Empfänger (62) verbunden ist.
  11. Netzwerk-Sender/Empfänger nach Anspruch 10, ferner eine elektrische Schnittstelle aufweisend, die funktional mit der physikalischen Subschicht-Chipschaltung verbunden ist.
  12. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der Ansprüche 1 bis 9, ferner eine Serializer-/Deserializer-Schaltung aufweisend, die funktional mit einem optischen Sender (60) und einem darauf abgestimmten optischen Empfänger (62) verbunden ist, eine Schalter-Schaltung, die funktional mit der Serializer-/Deserializer-Schaltung verbunden ist, und eine physikalische Subschicht-Chipschaltung sowie eine elektrische Schnittstelle, die funktional mit der Schalter-Schaltung verbunden sind.
  13. Netzwerk-Sender/Empfänger nach einem der vorigen Ansprüche, bei dem ein Wellenlängen-Kanalraster kleiner ist als ca. 1000 GHz.
  14. Mehrtor-Kontrollstation, aufweisend: eine Mehrzahl Sender-/Empfängerplatinen (132a, 132b, 133c, 133d) mit jeweils einer Netzwerkschnittstelle zur Verbindung mit einem Netzwerk; eine Schalter-Schaltung (139), die funktional mit der Netzwerkschnittstelle verbunden ist; mindestens einen optischen Sender (60) zum Empfangen von Signalen von einem Netzwerk über die Netzwerkschnittstelle und zum Senden optischer Kommunikationssignale; mindestens einen optischen Empfänger (62), der auf den mindestens einen optischen Sender (60) abgestimmt ist, zum Empfangen und Detektieren eines optischen Kommunikationssignals und zum Erzeugen eines Signals an das Netzwerk über die Netzwerkschnittstelle; und einen Prozessor (136), der funktional mit der Schalter-Schaltung verbunden ist, um diese zu steuern; einen jeden Prozessor verbindenden Bus (134); einen Wellenlängen-Multiplexer (70), der funktional mit jedem optischen Sender zum Multiplexen der optischen Kommunikationssignale in optische Multimoden-Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssignale verbunden ist; und einen Demultiplexer (74), der funktional mit jedem optischen Empfänger zum Empfangen und Demultiplexen der optischen Multimoden-Wellenlängen-Multiplex-Kommunikationssignale in eine Mehrzahl gedemultiplexter optischer Kommunikationssignale verbunden ist; dadurch gekennzeichnet, dass die Sender-/Empfängerplatinen (132a, 132b, 133c, 133d) eine Mehrzahl Sender/Empfänger (56) enthalten, die bei einem ersten Wellenlängenband aktiv sind; und jeder optische Sender (60) und darauf abgestimmte optische Empfänger (62) bei einem zweiten Wellenlängenband aktiv ist.
  15. Verfahren zur Erweiterung der Bandbreite eines bestehenden optischen Kommunikationsnetzwerks, die Schritte aufweisend: Senden optischer Kommunikationssignale von einer Mehrzahl optischer Sender (60), die entlang entsprechender Signalkanäle positioniert sind; Multiplexen (70) der optischen Kommunikationssignale zu einem optischen Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignal; Demultiplexen (74) eines optischen Multimoden-Wellenlängenmultiplex-Kommunikationssignals in einem Demultiplexer in eine Mehrzahl optischer Kommunikationssignale entlang entsprechender Signalkanäle; und Empfangen und Detektieren der Mehrzahl optischer Kommunikationssignale in optischen Empfängern (62), die jeweils auf optische Sender (60) abgestimmt sind; und Empfangen und Senden einer Mehrzahl optischer Kommunikationssignale über eine Mehrzahl Sender/Empfänger (56), die elektrisch mit jedem optischen Sender (60) und darauf abgestimmten optischen Empfänger (62) verbunden sind; dadurch gekennzeichnet, dass die Sender-/Empfängerplatinen (56) bei einem ersten Wellenlängenband aktiv sind; und jeder optische Sender (60) und darauf abgestimmte optische Empfänger (62) bei einem zweiten Wellenlängenband aktiv ist.
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