DE69610431T2 - Verfahren und einrichtung zur abstandmessung in einem tdma-system, eines passiven optischen netzes - Google Patents

Description

Technischer Bereich
• Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Ausführung der Tätigkeiten zur Bestimmung eines ersten Näherungswertes (coarse ranging) der effektiven Entfernung zwischen einer Leitungsendstelle OLT (Optical Line Termination) und einer Nebenstelle ONU (Optical Network Unit) eines passiven optischen Netzes PON (Passive Optical Network) in einem Übertragungssystem vom Typ TDMA PON (Time Division Multiple Access Passive Optical Network).
• Wie bekannt zeichnet sich das PON System durch die Tatsache aus, daß ein einzelner optischer Leitungsabschluß OLT (Optical Line Termination) mit einer gewissen Anzahl von Netzeinheiten ONU (Optical Network Units) durch ein passives optisches Netz verbunden ist, wobei das genannte passive optische Netz aus Einmoden- Lichtleiterfaser und passiven optischen Komponenten besteht.
• Der Leitungsabschluß OLT ist eine Vorrichtung, die normalerweise in Kommunikationszentralen untergebracht ist.
• Bei der Netzeinheit ONU handelt es sich hingegen um eine Vorrichtung, die sich in der Nähe des Benutzers befindet. Jede Netzeinheit ONU ermöglicht einer gewissen Anzahl von Benutzern den Zugang zum optischen Netz durch verschiedene Arten von Schnittstellen.
• Bei den PON Systemen handelt es sich um Systeme vom Typ Point-Multipoint, die geeignet sind, sowohl B-ISDN-Anwendungen (Broadband Integrated Service Digital Network) als auch interaktive und distributive Breitbandanwendungen wie z. B. TV- Anwendungen zu tragen.
• Im PON System erreicht das selbe, vom OLT Abschluß abgegebene optische Signal ohne jeden Unterschied alle Netzeinheiten ONU auf die "broadcast" Weise, während in der entgegengesetzten (zentripetalen) Richtung die durch jede Einheit ONU abgegebenen optischen Signale zusammenlaufen, um so ein einziges optisches Signal zu bilden, das vom Abschluß OLT empfangen wird. Der optische Kommunikationskanal zwischen dem Abschluß OLT und den verschiedenen Netzeinheiten ONU ist nur teilweise identisch, d. h. im Durchlauf vom Leitungsabschluß OLT bis zur Verzweigung in Richtung der Netzeinheiten ONU.
• Die von jeder Netzeinheit ONU in Richtung des Abschlusses OLT ausgerichteten, zentripetalen Übertragungen benutzen ein Kommunikationsprotokoll vom Typ TDMA.
• Bei der Benutzung eines solchen Protokolls TDMA wird die Übertragung durch jede der Netzeinheiten ONU nur während klar definierter Zeitintervalle ermöglicht, um so auszuschließen, daß die im selben Augenblick an der Verzweigung von zwei oder mehr unterschiedlichen Netzeinheiten ONU ankommenden, optischen Signale sich gegenseitig überlappen (und sich daher gegenseitig aufheben und umgekehrt). Diese Synchronisierung, die insgesamt als Ranging-Vorgang bezeichnet wird, wird durch die Verarbeitung der Verzögerungswerte und die Übertragung von geeigneten Synchronismusdaten oder Befehlen durch den Abschluß OLT in Richtung einer jeden Netzeinheit ONU durchgeführt.
• Basierend auf dieser Synchronismusinformation erkennt jede Netzeinheit ONU den Zeitkanal, in dem es ihre eigenen Übertragungen in Richtung des Abschlusses OLT durchführen muß.
• Während der Durchführung des Ranging-Vorgangs berücksichtigt der Abschluß OLT die Zeitverzögerungen, die von den Lichtleiterkanälen eingebracht werden, die den Abschluß selbst mit jeder Netzeinheit ONU verbinden.
• Die Zeitverzögerungen sind in der Regel für jede Netzeinheit ONU unterschiedlich, da sie von den unterschiedlichen Eigenschaften der Fasern und den unterschiedlichen Längen der Übertragungskanäle abhängen.
• Der. Verzögerungswert variiert auch zeitlich aufgrund der Temperatur der Lichtleiterfasern, die vom Signal durchlaufen werden.
• Aufgrund des wachsenden Bedarfs an Kanalband seitens der Kommunikationsnetze werden derzeit Systeme vom Typ PON oft benutzt, um digitale Signale mit einer sehr hohen Bitgeschwindigkeit zu übertragen, die z.Z. normalerweise bei 622 Mbit/s liegt.
• Da die Zeitdauer oder der Zyklus bei dieser Übertragungsgeschwindigkeit (oder Modulationsfrequenz) extrem reduziert ist (ungefähr 1,6 ns), werden die Tätigkeiten der Synchronisierung und Zeitmessung extrem wichtig für ein gutes Funktionieren des Systems TDMA PON.
• Die nachfolgende Beschreibung bezieht sich fast systematisch auf den Fall digitaler Übertragungssysteme. Weiter ist es notwendig zu berücksichtigen, wie nachfolgend unterstrichen wird, daß die Überlegungen und Lösungen, die sich auf ein digital funktionierendes System beziehen, auch auf Systeme vom analogen Typ anwendbar sind.
• Das Ranging-Verfahren, auf dem die Synchronisierung basiert, bedient sich normalerweise der in drei verschiedenen Schritten gemessenen Verzögerungsdaten, wobei diese Schritte "coarse ranging", "static ranging" beziehungsweise "fine ranging" genannt werden.
• Während des Schritts "coarse ranging", der normalerweise zum Zeitpunkt der Installation oder während der Wartung des Systems PON ausgeführt wird, wird eine Synchronisierung erreicht, mit einer Zeitauflösung, die sich in einer Größenordnung von Zehnteln von Bits bewegt.
• Der nachfolgende Schritt des "Static rangings", der immer zum Zeitpunkt der Installation oder während der Wartung des Systems PON, jedoch mit Techniken, die von denen zur Durchführung des "Coarse Ranging" abweichen, durchgeführt wird, erlauben es eine Zeitauflösung in der Größenordnung von 1 Bit zu erzielen.
• Der letzte Schritt des "Fine Rangings" wird dynamisch während des normalen Betriebs des Systems PON ausgeführt und erlaubt es, eine Zeitauflösung innerhalb der Größenordnung eines Bits beizubehalten.
• Während des Schritts des "Fine Rangings" müssen alle z. B. alle durch Temperaturabweichungen während des Durchlaufs des Signals durch die Lichtleitfaser verursachten Verzögerungsvariationen dynamisch kompensiert werden.
• Es ist wichtig, die Tatsache zu unterstreichen, daß der Vorgang des "Static Rangings" nicht absehen kann von dem durch ein erstes Verfahren eines ersten "Approximation Ranging" oder "Coarse Ranging" erhaltenes Resultat, und gleicherweise können Verfahren des "Fine Rangings" (dynamisches Ranging) nicht eingeleitet werden, wenn nicht die entsprechenden Distanzen (oder die Übertragungsverzögerung entlang einem gewissen Verlaufs des optischen Signals mit einer Auflösung der Zeitdauer von einem Bit) bestimmt worden sind.
Stand der Technik
• In der italienischen Patentanmeldung Nr. M194A000768 im Namen des selben Anmelders mit dem Titel: "Method and Device for the Timing of the Transmission of Digital Signals in a System TDMA PON", wird ein Verfahren und eine Vorrichtung zur dynamischen Zeitberechnung (fine ranging) beschrieben, die eine hohe Zuverlässigkeit auch in Gegenwart von wichtigen Variationen der Übertragungsparameter des Systems TDMA PON, wobei eine elektronische Schaltung vom Typ CMOS verwendet wird, die einen niedrigen Stromverbrauch im Vergleich zu den normalerweise in der ECL-Techniknologie verwirklichten Systeme aufweist.
• Während die Verfahren des "Static Rangings" und des "Fine Rangings" offensichtlich durch das Aufzeichnen und die Verarbeitung von digitalen Signalen bei Datenübetrtragungsgeschwindigkeit des Systems (die derzeit normalerweise 622 Mbit/s beträgt) ausgeführt wird, handelt es sich bei dem Verfahren des "Coarse Rangings" um ein Verfahren, das, da es in einem ersten Näherungswert die Distanz oder die Verzögerung eines gewissen Kanals zwischen der Stelle OLT und einer bestimmten Nebenstelle ONU des Systems mit einem Näherungswert in der Größenordnung einiger Zehntel Bit zu definieren hat, die Übertragung ins Netz eines spezifischen Signals mit einer hohen Bitgeschwindigkeit des Signals Cwmode und/oder BURSTmode des Systems erfordert.
• Eine bekannte Lösung ist die, das "Coarse Ranging" auf analoge Weise durchzuführen, wobei ein sinusförmiges Signal mit niedriger Frequenz in der Größenordnung von 10 KHz benutzt wird, um so nicht mit dem Kanal mit hoher Bitgeschwindigkeit in Konflikt zu geraten. Diese Lösung erfordert, was das optische Niveau betrifft, die Anwendung eines speziellen analogen Lasers, d. h. eines Lasers mit der Eigenschaft, die Intensität des emittierten kohärenten Lichts zu modulieren, das besonders linear zu sein hat, um es zu ermöglichen, daß eine sinusförmige Amplitudenmodulation die digitale Modulation überlagert, oder die Anwendung auch in der Herstellung billiger Laser, die jedoch aufgrund besonderer Testverfahren speziell ausgewählt werden, um die Anwendung von Lasern von relativ geringen Kosten im Vergleich zu den hohen Kosten spezifischer "analoger" Laser zu ermöglichen.
• Tatsächlich kann sich auch das zweite Verfahren als relativ kostspielig erweisen, wenn nicht sogar teurer als die erste Option im Fall von niedrigen "Yields" bei der Auswahl. Hinzukommt noch das Nichtvorhandensein einer Garantie durch den Laserhersteller. In der Veröffentlichung mit dem Titel "Out-of-band Ranging Method for ATM over PON Access Systems" by Van Hejiningen et al., Proc. ECOC'94 pages 271-274 and the technical report CSELT Vol. 22, Nr. 5, pages 605-612 (1994), wird ein "Coarse Ranging-Verfahren beschrieben, das auf der Phasenbestimmung eines Tons mit niedriger Frequenz und niedriger Höhe basiert, der von einer Stelle ONU gesendet wird, die Regulierungsverfahren basierend auf dem "Coarse Ranging" aufgrund eines Befehls seitens des Leitungsabschlusses OLT unterliegt. Im beschriebenen System hat das Signal in Cwmode eine Bitgeschwindigkeit von 622 Mbit/s, während die Frequenz des Ranging-Signals etwa 9 KHz beträgt. Um den Anforderungen einer zuverlässigen Übertragung des Ranging-Signals zu entsprechen, muß es sich bei dem auf der Senderseite des Leitungsabschlusses OLT (normalerweise als TX CW bezeichnet) verwendeten Laser um eine Komponente handeln, die speziell auch für analoge Anwendungen geeignet ist, oder, als weniger kostspielige Alternative, um einen sogenannten verteilten Rückwirkungslaser handeln, der absichtlich aufgrund spezifischer, individueller Eigenschaften der Kohärenz und des wesenseigenen Rauschens, d. h. des sogenannten "Relative Intensive Noise" (RIN) ausgewählt wurde.
• Weiter muß insbesondere im · Fall der letzten Option die optische Rückwirkung sorgfältig überprüft werden, da das Laserrauschen bekanntlich ansteigen kann. In allen Fällen ist die Anwendung von an sich kostspieligen und ausgewählten optischen Komponenten üblicherweise erforderlich, um das Coarse Ranging durchzuführen.
• Das Patent EP-A-0 521 197 offenbart ein Verfahren zur Bestimmung von Entzerrungsverzögerungen in einem optischen Übertragungssystem, das einen ersten optischen upstream Kanal und einen zweiten optischen upstream Kanal umfaßt, die beide mittels einer einzigen Lichtleiterfaser übertragen werden. Entsprechend dieser Methode handelt es sich bei dem Coarse Ranging um ein Signal mit niederer Bitgeschwindigkeit, das ausschließlich in der upstream Richtung ausgeführt wird, und insbesondere umfaßt das Verfahren die Schritte des Sendens eines Rangingbefehls vom Leitungsabschluß OLT zur Netzeinheit ONU, der sich im Verhältnis zum Kommunikationssignal entgegengesetzt ausbreitet, um so einen Sender zu aktivieren, der geeignet ist, ein Antwort-Rangingsignal abzugeben (z. B. von der Netzeinheit ONU zum Leitungsabschluß OLT) abzugeben, das sich gemeinsam mit den upstream laufenden Daten ausbreitet. Aus diesem Grund wird sein Nachweis durch die Anwendung der Korrelationstechnik erreicht, d. h. unter Anwendung einer Funktion, die eine Bestimmung der Ähnlichkeit der beiden sich gemeinsam ausbreitenden Signale ist.
Gegenstand der Erfindung
• Eins der Ziele der vorliegenden Erfindung ist es, ein Verfahren und eine Vorrichtung zu schaffen, um die Bestimmung der optischen Distanz als ersten Näherungswert (Coarse Ranging) in einem passiven optischen Netz (PON) auf digitale Weise zu schaffen, und darum mit optischen Komponenten mit relativ geringen Kosten zu verwirklichen.
• Entsprechend einer speziellen Form der Verwirklichung der Erfindung, besteht ein weiteres Ziel oder ein weiterer Vorteil der Erfindung darin, daß man einen Kanal, wenn auch mit einer permanent geringen Bitgeschwindigkeit, erhält, der für die Verwirklichung von Service- oder Zusatzfunktionen während des normalen Netzbetriebs benutzt werden kann, indem die installierten optischen Komponenten zur Durchführung des Coarse Ranging genutzt werden.
Zusammenfassung der Erfindung
• Grundsätzlich basiert das Verfahren der Erfindung auf der Anwendung eines Übertragungssystems vom Typ Duplex, in dem das digitale Rangingsignal mit niedriger Bitgeschwindigkeit in die entgegengesetzte Richtung im Vergleich zur Frequenz mit hoher Bitgeschwindigkeit (Cwmode oder BURSTmode) übertragen wird, wobei optische Kuppler verwendet werden, die geeignet sind, das digitale Rangingsignal entgegengestzt durch die optische Verbindungsfaser auszubreiten, wobei das digitale Rangingsignal im Vergleich zur Leistung des Kompensationssignals mit hoher Bitgeschwindigkeit (CW oder BURST) eine fraktionierte Leistung hat.
• Die entgegengesetzte Ausbreitung des Rangingsignals im Vergleich zur Datenübertragung mit hoher Bitgeschwindigkeit und die fraktionierten Eigenschaften der Leistung des über die Faser übertragenen Rangingsignals (was die, wenn auch von geringer Bedeutung der Rückausbreitung des optischen Signals, Auswirkungen betrifft) ermöglicht es, Sender und Empfänger zu benutzen, die für die selbe Wellenlänge des Systems bestimmt sind, wie z. B. für 1300 nm, ohne die Anwendung kostspieliger Multiplex- und Demultiplextechniken basierend auf der Wellenlänge wie die sogenannte WDM-Technik (Wavelength De-Multiplexing) erforderlich zu machen. Wenn man z. B. asymmetrische Kuppler mit einem Kupplungsverhältnis vom 90/10 verwendet, erweisen sich die Verluste aufgrund der Kuppler in der entgegengesetzten Ausbreitungsrichtung des optischen Rangingsignals als gut kompensiert durch die Erhöhung der Leistungsbilanz (power budget) bei der reduzierten Übertragungsbitgeschwindigkeit des digitalen Rangingsignals, wobei andererseits der übertragene Leistungsverlust des Datensignals mit einer hohen Bitgeschwindigkeit in der Größenordnung von etwa 1 dB begrenzt wird.
• Da es sich um ein Coarse Ranging-Verfahren handelt, ist die verlängerte Bitperiode (Dauer der Impulse) nach der Reduzierung der Bitgeschwindigkeit des digitalen Rangingsignals darüber hinaus absolut vereinbar mit den Auflösungsanforderungen des Rangingverfahrens.
• Daher werden die Ziele der vorliegenden Erfindung durch ein Verfahren zur Bestimmung der optischen Distanz, durch einem ersten Näherungswert, zwischen einer Netzeinheit und dem entsprechenden Leitungsabschluß erreicht, was entsprechend den Anforderungen des nachfolgenden Anspruchs 1 verwirklicht wird. Die Ziele der vorliegenden Erfindung werden auch durch eine Vorrichtung erzielt, die die optische Distanz durch einen ersten Näherungswert zwischen der Netzeinheit und dem entsprechenden Leitungsabschluß erreicht, was entsprechend den Anforderungen des nachfolgenden Anspruchs 7 verwirklicht wird.
• Weitere charakteristische Vorteile der vorliegenden Erfindung werden durch die beifügten Ansprüche offensichtlich.
Kurzbeschreibung der Abbildungen
• Die Erfindung zusammen mit ihren weiteren Zielen und Vorteilen werden unter Bezugnahme auf die nachfolgende Beschreibung zusammen mit den beigefügten Zeichnungen verständlich, wobei:
• - Fig. 1 die Architektur eines digitalen Coarse Ranging-Systems entsprechend einer ersten Form der Verwirklichung darstellt;
• - Fig. 2 eine alternative Form der Verwirklichung des Coarse Ranging-Systems entsprechend der Erfindung zeigt;
• - Fig. 3 eine dritte Form der Verwirklichung des Coarse Ranging-Systems entsprechend der Erfindung darstellt;
• - Fig. 4 ein Diagramm ist, das den Verlauf der Empfindlichkeit eines Empfängers für ein bestimmtes Verhältnis Signal/Rauschen entsprechend der Bitgeschwindigkeit;
• - Fig. 5 ein Diagramm ist, das das Verhalten der empfangenen Empfindlichkeit als eine Funktion der Bitgeschwindigkeit zeigt;
• - Fig. 6 ein Diagramm ist, das die Ranging-Empfindlichkeit im Verhältnis zur totalen Reflektionsvermögen der beiden verschiedenen Werte der Bitgeschwindigkeit und des Kupplungsvermögens zeigt.
Detaillierte Beschreibung bevorzugter Formen der Verwirklichung der Erfindung
• Entsprechend einer in Fig. 1 gezeigten, ersten Form der Verwirklichung der Erfindung erfolgt das Coarse Ranging des optischen upstream Kanals indirekt, d. h. von einer bestimmten Nebenstelle ONU zum Leitungsabschluß OLT des passivem optischen Netzes (PON), durch den die Datenübertragung mittels eines Kommunikationsprotokolls vom Typ TDMA (Time Division Multiple Access) abgewickelt wird, indem das Verfahren auf dem umgekehrten optischen downstream Kanal angewendet wird, wobei die beiden Kanäle als im wesentlichen identisch oder als solche angenommen werden.
• In vielen Fällen kann dies der Wahrheit entsprechen oder die Unterschiede zwischen den beiden optischen Kanälen kann im wesentlichen unbeachtet bleiben, was jedoch vom Typ des verwendeten Kabels oder anderen Konstruktionsaspekten des PONs abhängt.
• Entsprechend dieser ersten Form der Verwirklichung der Erfindung ist jede Nebenstelle ONU des PONs mit einer Laservorrichtung (TX RANG) zur Erzeugung und Übertragung des digitalen Rangingsignals in Richtung des Leitungsabschlusses OLT auf der downstream Leitung versehen neben der Burst-Sendevorrichtung (TX BURST) zur Datenübertragung vom Typ TDMA in Richtung des Leitungsabschlusses OLT auf der downstream Leitung.
• Das Signal CWmode enthält in seinem Innern den Befehl zur Aktivierung des Rangings, der die Vorrichtung TX RANG durch einen optischen Kuppler 90/10 befähigt, über die downstream Lichtleiterfaser das durch den geeigneten Laser (TX RANG) erzeugte digitale Rangingsignal in Richtung Leitungsabschluß OLT zu übertragen, das sich im Vergleich zum CW Fluß in Richtung des Leitungsabschlusses OLT entgegengesetzt ausbreitet.
• Ein asymmetrischer, optischer Kuppler 90/10 leitet das zum entsprechenden Empfänger RX-CW der Nebenstelle zu übertragende Signal CWmode mit einer hohen Bitgeschwindigkeit ab und verbreitet in entgegengesetzter Richtung durch die downstrem Lichtleiterfaser das durch den spezifischen Laser (TX RANG) erzeugte digitale Rangingsignal in Richtung des Leitungsabschlusses OLT.
• Letztere ist versehen mit einem analogen Kuppler 90/10 zur Eingabe des durch den Lasersender TX-CW erzeugte Signal CWmode in die Faser und zur Leitung des entgegengesetzt propagierten Rangingsignals durch selbige downstream Lichtleiterfaser zum entsprechenden Empfänger (RX RANG).
• Bei der Benutzung eines asymmetrischen Kupplers, z. B. mit einem Verhältnis der Leistungsaufteilung von 90/10, entzieht das Rangingsystem etwa 1 dB der Leistung des Signals CWmode mit hoher Bitgeschwindigkeit, das in die Lichtleiterfaser der downsfream Leitung eingegeben wurde. Dieser geringfügige Leistungsverlust wird reichlich durch die reduzierten Kosten der optischen Komponenten ausgeglichen, die zur Verwirklichung des Coarse Ranging-Systems notwendig sind.
• Diese optischen Komponenten bestehen praktisch aus einer Laservorrichtung mit relativ geringen Kosten, da keine besonderen Kohärenzmerkmale gefragt sind, weil es sonst nur ein digitales Signal TX RANG mit niedriger Bitgeschwindigkeit erzeugen muß, und aus einem asymmetrischen Kuppler für jede Nebenstelle ONU des optischenNetzes PON und eines analogen asymmetrischen Kupplers sowie eines Empfängers RX RANG des Rangingsignals für die Stelle OLT.
• Da die Möglichkeit besteht, das Coarse Rangings durch die Anwendung eines Lasers mit der selben Wellenlänge wie die durch das optische Netz PON für die Datenübertragung benutzte durch- zuführen, besteht ein weiterer wichtiger Aspekt der Kostenverringerung in der Tatsache, daß der Empfänger RX-CW, der Laser TX RANG und der asymmetrische Kuppler jeder Nebenstelle ONU des optischen Netzes PON auf integrierte Weise mit offensichtlichen Vorteilen hinsichtlich der Herstellungskosten derartiger integrierter Einheiten verwirklicht werden können, wenn die optischen Komponenten zu einem diskreten Preis gekauft werden.
• Entsprechend einer alternativen Form der Verwirklichung der Erfindung wie in Abb. 2 dargestellt, wird das Coarse Ranging auf analoge weisen über den optischen upstream Kanal (Aktivierung des Rangings) so wie über den optischen downstream Kanal durchgeführt, wobei auf diese Weise die so definierte Unbestimmtheit zu halbieren.
• Abgesehen von der Tatsache, das die Unbestimmtheit halbiert wird, kann die Verdoppelung der Kosten für die Realisierung der Rangingstruktur an beiden Fasern (optische Kanäle), von und zu einer bestimmten Nebenstelle ONU des optischen Netzes PON, sich als hinreichend gerechtfertigt erweisen durch die permanente Benutzbarkeit des Kommunikationskanals, wenn auch mit einer niedrigen Bitgeschwindigkeit, über den unzählige Funktionen abgewickelt werden können, sobald die Aufgabe der Durchführung des Coarse Rangings durchgeführt worden ist. Mit anderen Worten bleibt die zur Durchführung des Coarse Rangings geschaffene Struktur als Servicekanal für Steuerfunktionen, wie z. B. Steuerung, Überwachung, Wartung usw. benutzbar.
• Entsprechend einer weiteren Form der Verwirklichung der Erfindung wie in Abb. 3 dargestellt, wird das Coarse Ranging ausschließlich über die upstream Leitung abgewickelt, wobei die Leitungsendstelle OLT und jede Nebenstation ONU mit einem Rangingsender und Empfänger TX RANG beziehungsweise RX RANG ausgestattet werden, die mit einer Wellenlänge arbeiten, die sich von der Wellenlänge des Kommunikationssystems (TX BURST und RX BURST) unterscheidet. Weiter ist entsprechend dieser weiteren Form der Verwirklichung ein Wellenlängenmultiplexer (WDM) erforderlich, um das Rangingsignal und einen Kuppler 50/50 an jedem Ende zu propagieren zwecks Verwirklichung der Übertragung des Signals zur Aktivierung des Rangings in entgegengesetzter Richtung im Vergleich zum Burstsignal mit hoher Bitgeschwindigkeit, das der Datenübertragung von der Nebenstelle ONU zur Station OLT in TDMA-Modalität dient.
• Entsprechend dieser letzten Form der Verwirklichung wird das Coarse Ranging vollkommen über den optischen upstream Kanal abgewickelt, der effektiv bestimmt werden muß, indem alle auf Unterschiede in der Länge in beide Richtungen der optischen Kanäle zurückzuführenden Unbestimmtheiten beseitigt werden. Weiter ermöglichen die Gesamtverluste aufgrund der Benutzung von WDMs und der Kuppler 50/50 eine Verbesserung des Power Budgets oder alternativ eine höhere Bitgeschwindigkeit des Coarse Ranging-Kanals und daher geeignet, einen Servicekanal mit hoher Leistung zu bieten.
• Eine Machbarkeitsanalyse des Systems entsprechend der Erfindung ist durchgeführt worden, wobei der Gebrauch eines FET-front-end Empfängers mit allgemeines Merkmalen und operativen Parametern vorausgesetzt wurden, wie nachfolgend angegeben. Weiter wurde eine Bitfehlerquote B. E. R. (Bit Error Rate) von 10&supmin;&sup9; und folglich ein Signal/Rausch-Verhältnis Q = 6.
• Das System Power Budget aus Fig. 2 wird angegeben mit
• Die Liste aller Symbole zusammen mit ihren typischen Werten sind in der Tabelle I wiedergegeben. In Fig. 4 wird das Verhalten der empfangenen Leistung afs Funktion des Kupplungsverhältnisses dargestellt. Punktierte Linie: theoretische Berechnungen, + experimentelle Datenbestimmungsleistungskuppler mit verschiedenen Splittingverhältnissen. Data: A = 26 dB. Pt = 0 dBm, γ = 0,04. Zum Beispiel wenn ein Kupplungsverältnis von 10190 festgelegt wird, betragen die empfangenen Leistungen Pr-rang = -50,2 dBm (10%) beziehungsweise Prdata = -27,5 dBm (90%). Um die Ranging-Bitgeschwindigkeit zu bewerten, legen wir fest, daß Pr-rang auch die Empfängerempfindlichkeit PS ist, d. h. die minimale erfaßbare optische Durchschnittsleistung für eine vorgegebene Bitfehlerquote B. E. R. In Fig. 5 wird das Verhalten der empfangenen Empfindlichkeit als eine Funktion der Bitgeschwindigkeit wiedergegeben. Jedoch sind die zweiseitig ausgerichteten, direkten Gleichrichtsysteme empfindlich für Nebensprechen von diskreten Reflektionen und Rayleigh Rückstreuung, da das Nebensprechen direkt mit dem Empfänger gekoppelt ist. Der Gebrauch von Breitbandquellen wie Fabry-Perot Laser verringern wesentlich die Mehrweginterferenz und das kohärente Rayleigh Rauschen, während eine wesentlich geringere Ranging-Bitgeschwindigkeit als die Bitgeschwindigkeit der Datenübertragung es erlaubt, das Nebensprechen vor dem Entscheidungspunkt an beiden Empfängern herauszufiltern. Andererseits um die Stärke des durch das Nebensprechen induzierte Schrotrauschen zu beurteilen, wollen wir daran erinnern, das die Empfängerempfindlichkeit wie folgt definiert wird:
• wobei Prefl die gesamte rückflektierte Leistung ist. In Fig. 6 wird die Ranging- Empfindlichkeit gegen das gesamte Reflektionsvermögen (wie 10log Prefl/Pt) für zwei verschiedene Werte der Bitgeschwindigkeit und des Kupplungsverhältnisses wiedergegeben. Daten in der Tabelle I. Bei 2 Mbit/s, (durchgezogene Linie) zeigt Fig. 6, daß 10/90 Kuppler benutzt werden können, Kurve (a), k = 0, 1, wobei eine leichte Veränderung des Kupplungsverhältnisses, 15/85 Kurve (b), k = 0,15 eine geringe Zunahme in der Ranging-Empfindlichkeit ergibt. Durch Erhöhung der Genauigkeit des Coarse Ranging auf 8 Mbit/s (punktierte Linie), ergeben 10/90 Kuppler immer noch Empfindlichkeitswerte unterhalb der empfangenen Leistung Pr = 50,2 dBm. In diesem Fall ist die Empfindlichkeitsvariation aufgrund der kombinierten Effekte des Reflektionsvermögens und des Kupplungsverhältnisses, 10/90 Kurve (c), k = 0,1, 15/85 Kuve (d), k = 0,15 < 1dB. Schließlich zeigen die Gleichungen (2-4), daß die Empfängerempfindlichkeit bei 622 Mbit/s nicht durch von Nebensprechen induziertes Schrotrauschen gestört ist.
• Von diesen Überlegungen ausgehend kann bewiesen werden, daß, sobald ein bestimmtes Verhältnis Signal/Rausen definiert und geeignet ist, eine minimale Bitfehlerquote B. E. R. (Bit Error Rate) zu sichern, es möglich ist, eine geeignete Empfindlichkeit des Empfängers zu garantieren, indem die Bitgeschwindigkeit entsprechend reduziert wird. Dies ermöglicht es, hoch asymmetrische Kuppler zu benutzen(zum Beispiel mit einem Kupplungsverhältnis von 90/10) und einerseits einen perfekten Empfang des Rangingsignals mit niedriger Bitgeschwindigkeit und andererseits einen minimalen Leistungsverlust des Kommunikationssignals mit hoher Bitgeschwindigkeit zu garantieren, welche sich gleichzeitig in entgegengesetzter Richtung zum Low Ranging Power Signal ausbreiten.
• Es wird dem Fachmann auf diesem Gebiet offensichtlich sein, daß die Architektur der Coarse Ranging-Vorrichtung entsprechend der Erfindung, die wesentlich auf der Ausbreitung in entgegengesetzter Richtung eines Ranging-Signals normalersweise mit "niedriger Frequenz" im Vergleich zum entsprechenden Kommunikationssignal normalerweise mit "niedriger Frequenz" die eigene Nützlichkeit und ihre Vorteile auch im Fall von passiven optischen Netzen (PON) bewahrt, die dazu bestimmt sind, auf völlig analoge Weise zu funktionieren. Die im Hinblick auf Unterschiede in der Bitgeschwindigkeit gemachten Überlegungen (die sich in erster Linie auf digitale Systeme beziehen) bleiben auch dann bestehen, wenn man sich auf eine Differenz analoger Modulationsfrequenz bezieht. Insbesondere sehen die neuen Netze für multimediale Dienstleistungen wie CATV (Kabelfernsehen) zusätzlich zur Übertragung von Videokanälen in Richtung Benutzer auch einen Rückkanal vor, der zur Netzverwaltung und für interaktive Dienste benutzt werden kann. Es ist daher offensichtlich, daß die Coarse Ranging-Vorrichtung entsprechend der Erfindung geeignet ist, derartigen Anforderungen gerecht zu werden, indem sie einen Hilfskanal mit "niedriger Frequenz" vorsieht, durch den der vorstehend erwähnte Rückkanal verwirklicht wird.
• Obwohl die vorliegende Erfindung unter Bezugnahme au drei bevorzugte Formen der Verwirklichung beschrieben wird, wird des dem auf diesem Gebiet sachkundigen Experten offensichtlich sein, daß die vorliegende Erfindung auf verschiedenste Weise modifiziert und abgeändert werden kann, ohne dadurch von der Zielsetzung der Erfindung, wie in den beigefügten Ansprüchen definiert, abzuweichen.

Claims (1)

1. Verfahren zur Bestimmung der optischen Entfernung durch "Grob-Entfernungsmessung" zwischen einer optischen Netzeinheit (ONU) und dem entsprechenden optischen Leitungsende (CLT), welche durch einen optischen Hinkanal und einem optischen Rückkanal eines passiven optischen Netzes (PON) verbunden sind zur zeitlichen Abstimmung der Übertragung modulierter Signale von der optischen Netzeinheit (ONU) zu dem optischen Leitungsende (OLT) entsprechend einem TDMA-Zeitmultiplex-Protokoll mit den folgenden Schritten:

- Aussenden eines "Entfernungsmeß"-Befehls auf einem der optischen Kanäle, welcher geeignet ist, die Übertragung eines " Entfernungsmeß "-Signals auf einem zweiten optischen Kanal zu definieren,

- Aussenden des Entfernungsmeß-Signals mit einer geringeren optischen Leistung als das Kommunikationssignal und Verringerung der Modulationsfrequenz des Entfemungsmeß-Signals gegenüber der Modulationsfrequenz des Kommunikationssignals,

gekennzeichnet durch

Verbinden der optischen Netzeinheit (ONU) und dem optischen Leitungsende (CLT) über ein erstes, optisches Rückwärts-Verbindungsglied und ein zweites, optisches Hinwärts-Verbindungsglied; und

Übertragen des Entfernungsmeß-Signals auf einem zweiten optischen Hinkanal über das zweite, optische Hinwärts-Verbindungsglied, wobei das Entfernungsmeß- Signal sich entgegengesetzt zum Kommunikationskanal ausbreitet.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeß- Befehl eine digitale Information ist, die auf dem ersten optischen Kanal über das zweite optische Verbindungsglied zusammen mit dem Kommunikationssignal (CW- Daten) übertragen wird, und daß das Enffemungsmeß-Signal ein Signal ist, welches auf dem zweiten optischen Kanal immer über das zweite optische Verbindungsglied übertragen wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entfernungsmeß- Befehl ein Signal ist, welches auf dem ersten optischen Kanal über das erste optische Verbindungsglied übertragen wird, und daß das genannte Entfernungsmeß- Signal ein Signal Ist, welches auf dem zweiten optischen Kanal über das zweite optische Verbindungsglied übertragen wird.

4. Verfahren nach den Ansprüchen 2 und 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernungsmeß-Signal durch einen in jeder optischen Netzeinheit (ONU) installierten Sender erzeugt wird und sich auf dem optischen Hinkanal, auf dem ein Rundfunk- Kommunikationssignal (CW) mittels eines asymmetrischen Kopplers übertragen wird, in entgegengesetzter Richtung ausbreitet, wobei ein ähnlicher asymmetrischer Koppler an dem optischen Netzleitungsende (OLT) für die Ausbreitung des Übertragungssignals (CW) auf dem optischen Hinkanal sorgt und das sich entgegengesetzt ausbreitende Entfernungsmeß-Signal zu einem Empfänger des optischen Netzleitungsendes (OLT) koppelt.

5. Verfahren nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß der das Entfernungsmeß-Signal erzeugende Sender einen Laser enthält, der mit derselben Wellenlänge wie der für die Datenübertragung benutzte Laser arbeitet

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Grob-Entfernungsmessung mit Hilfe einer Wellenlängen-Multiplex-Einheit und einem Koppelelement in beiden Richtungen auf dem optischen Hinkanal ausgeführt wird, auf dem sich ein Wellenlängenmeß-Signal mit einer Wellenlänge ausbreitet, die sich von der Wellenlänge des Kommunikationssignals unterscheidet.

System vom Typ mit

mindestens einer optischen Netzeinheit (ONU);

einem optischen Leitungsende (OLT),

die durch einen optischen Hinkanal und einem optischen Rückkanal eines passiven optischen Netzes (PON) miteinander verbunden sind zur zeitlichen Abstimmung der Übertragung von Signalen von der optischen Netzeinheit (ONU) zum optischen Leitungsende (OLT) entsprechend

einem TDMA-Zeitmultiplexsprotokoll;

und mit Mitteln zur Bestimmung der optischen Entfernung durch Grob-Entfernungsmessung zwischen der mindestens einen optischen Netzeinheit und dem optischen Leitungsende durch Aussenden eines Entfernungsmeß-Signals mit einer Modulationsfrequenz, die niedriger als die Modulationsfrequenz des entsprechenden Kommunikationssignals (CW, BURST) ist, und mit einem Bruchteil der optischen Leistung, welcher immer mit dem Kommunikationssignal verglichen wird,

dadurch gekennzeichnet, daß die Mittei zur Bestimmung der optischen Entfernung umfassen:

- ein erstes optisches Verbindungsglied und ein zweites optisches Verbindungsglied zur Verbindung der optischen Netzeinheit (ONU) mit dem optischen Leitungsende (OLT);

mindestens einen Lasersender (TX RANG) für ein Entfernungsmeß-Signal in jeder der optischen Netzeinheiten (ONU);

mindestens einen Koppler in jeder optischen Netzeinheit (ONU), um auf dem zweiten optischen Verbindungsglied das Entfernungsmeß-Signal in entgegengsetzter Richtung wie ein entsprechendes Kommunikationssignal (CW, BURST) wandern zu lassen;

mindestens einen Empfänger (RX RANG) für das Entfernungsmeß-Signal am optischen Leitungsende (OLT);

- mindestens einen Koppler am optischen Leitungsende (OLT), um das Entfernungsmeß-Signal in Richtung des Empfängers (RX RANG) zu koppeln.

8. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernungsmeß- Signal die gleiche Wellenlänge wie das Kommunikationssignal hat und in entgegengesetzder Richtung wie das Rundfunk-Kommunikationssignal (CW) durch den optischen Hinkanal geführt wird,

wobei die Koppler des optischen Leitungsendes (OLT) und der optischen Netzeinheit (ONU) asymmetrische Koppler sind.

9. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das optische Leitungsende (OLT) mit einem zweiten Lasersender (TX RANG) für das Entfernungsmeß-Signal versehen ist, und daß jede optische Netzeinheit (ONU) einen Empfänger (RX RANG) für das sich entgegengesetzt wie das Kommunikationssignal TMDA (BURST) ausbreitende Entfernungsmeß-Signal sowie einen Empfänger (RX RANG) für das sich entgegengesetzt wie das TDMA-Kommunikationssignal durch den optischen Hinkanal ausbreitende Entfernungsmeß-Signal enthält.

10. System nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, daß das Leitungsende (OLT) und jede der optischen Netzeinheiten (ONU) enthalten:

- einen Sender (TX RANG) und einen Empfänger (RX RANG) für das Entfernungsmeß-Signal mit einer Wellenlänge, die sich von der Wellenlänge des Kommunikationssignals TDMA (BURST) unterscheidet;

- einen ersten Koppler und einen zweiten, Wellenlängen-Demultiplex-Koppler (WDM), wobei das Enffemungsmeß-Signal sich in beiden Richtungen durch den optischen Rückkanal ausbreitet.

11. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Koppler ein Koppelverhältnis für die Leistungsaufteilung von 90/10 haben.

12. System nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß jeder aus einem Sender/Empfängerpaar und einem zugehörigen Koppler des optischen Leitungsendes (OLP) und jede der optischen Netzeinheiten (ONU) gebildete Satz in einer integrierter Form ausgebildet ist.

13. System nach einem der Ansprüche 7 bis 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Signale digital sind und daß die Modulationsfrequenz der Bitrate der Signale entspricht.

14. System nach einem der Ansprüche 7 bis 12, bei welchem die Signale analog sind.