DE69520008T2

DE69520008T2 - Vorrichtung zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzwerks

Info

Publication number: DE69520008T2
Application number: DE69520008T
Authority: DE
Inventors: Ivan Andonovic; Deepak Uttamchandani; Colin Wallace
Original assignee: Corning Communications Ltd
Current assignee: Corning Communications Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-12-06
Publication date: 2001-06-21
Anticipated expiration: 2015-12-07
Also published as: EP1046896A2; AU719692B2; DE69520008D1; EP0864081A1; AU3990995A; GB9524485D0; EP1046896A3; EP0864081B1; WO1997020196A1; ES2153905T3

Description

Vorrichtung zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzwerks Die vorliegende Erfindung betrifft Vorrichtungen zum Abfragen von Lichtwellenleiternetzwerken, z. B. von Netzwerken, die einen oder mehrere Sensoren aufweisen, oder von für Kommunikationsz Päcke verwendeten Leitungsnetzwerken. Ein besonders wichtiges Gebiet, in dem die Erfindung anwendbar ist, ist die Abfrage von Systemen, z. B. von passiven optischen Netzwerken, durch Reflektometrieverfahren, um Fehler oder Störungen im System zu lokalisieren.
Optische oder Lichtwellenleiternetzwerke können hinsichtlich einer Fehlererfassung und -lokalisierung durch optische zeitaufgelöste Reflektometrie (OTDR) überwacht werden, wobei ein Lichtimpuls in ein Ende des Systems injiziert und die Reflexion des Impulses als Funktion der Zeit beobachtet wird. Ein mit solchen Reflektometrieverfahren verbundenes Problem ist das Fehlen eines Dynamikbereichs des Systems, wenn eine relativ hohe Auflösung des Fehlers erforderlich ist: um eine hohe Auflösung zu erhalten, ist ein sehr engbegrenzter oder kurzer Lichtimpuls mit einer Zeitdauer von z. B. 10&sup7; s erforderlich, durch die Kürze des Lichtimpulses ist jedoch die optische Energie des Impulses begrenzt, so daß das reflektierte Signal einen sehr schlechten Rausch- oder Störabstand aufweisen kann. Dies trifft insbesondere auf verzweigte passive optische Netzwerke zu, in denen die Intensität des übertragenen Impulses an jedem Verzweigungspunkt im Netzwerk reduziert wird, so daß Abfragesysteme mit großem Dynamikbereich erforderlich sind. Um dieses Problem zu lösen, wurde vorgeschlagen, den Impuls durch ein Signal zu ersetzen, das eine einen Code bildende Impulsfolge aufweist, z. B. eine pseudostatistische Binärfolge (PRBS), und das reflektierte Signal mit einer zeitverzögerten Version des Originalsignals zu korrelieren, ein sogenanntes "Korrelations-OTDR-Verfahren". Weil das reflektierte Signal mehrere Reflexionen des Originalsignals von Reflektoren im System aufweisen wird, wird die Korrelation daher mehrere Autokorrelationsfunktionen des Originalsignals aufweisen, die jeweils einer der Fresnelreflexionen im optischen System entsprechen. Durch Einstellen der Zeitverzögerung des vom Originalsignal hergeleiteten Referenzsignals können die den Fresnelreflexionen von Interesse entsprechenden Korrelationsfunktionen durch Bilden der Korrelatiohsfunktion des reflektierten Signals und eines geeignet verzögerten Referenzsignals überwacht werden. Dieses System hat den Vorteil, daß, obwohl die Auflösung durch die Breite der einzelnen Impulse bestimmt ist, der Dynamikbereich durch die Gesamtenergie der Impulsfolge bestimmt ist, so daß der Dynamikbereich des Systems im Prinzip um ein Vielfaches erhöht werden kann, ohne daß Abstriche bei der Auflösung gemacht werden müssen. M. Tateda et al. (Journal of Lightwave Technology, Bd. 7, Nr. 8, August 1989, New York; "Advances in Optical Time- Domaine Reflectometry") beschreiben ein zeitauflösendes optisches Reflektometer, in dem eine pseudostatistische Bitfolge als Abfragesignal verwendet wird. Das zurückgestreute Signal wird durch Bilden der Korrelation zwischen dem zurückgestreuten Signal und dem zeitverzögerten Abfragesignal bewertet.
Ein solches System wurde auch von Nazarathy et al. (J. Lightwave Technol., Bd. 7, 1, (1989)) vorgeschlagen, worin die Verwendung von vorgepolten bipolaren Golay-Codepaaren zum Überwachen eines optischen Netzwerkes beschrieben wird. Golay-Codes wurden ursprünglich für den elektrischen Bereich entwickelt und sind bipolare Codes, die in Paaren existieren und die Eigenschaft haben, daß, wenn die Codes autokorreliert und die Autokorrelationen der Codepaare addiert werden, eine "perfekte" Autokorrelation gebildet wird, d. h. eine Autokorrelation, die keine von null verschiedenen Seiten- oder Nebenerhöhungen aufweist. Bipolare Golay-Codes mit einer Länge von 2n Elementen können durch die Formel:
n Elemente 2n Elemente
A AB
B AB
erzeugt werden, wobei die 2n-Element-Codes durch Verknüpfen der n-Element-Codes A und B und A und B gebildet werden, wobei B das Einerkomplement des Codes B darstellt.
Beginnend mit dem Ein-Element-Golay-Paar werden die Golay-Codes mit der Länge 2, 4, 8 leicht hergeleitet:
1 1, I I, I 1, -1
I 1, -1 1, 1 -1 1
I, 1, 1 - I, I, 1, - 1, I
1, I, 1 - I, -1, -1, 1, -1
Dieses Verfahren kann fortgesetzt werden, um Folgen mit Zweierpotenzen entsprechenden Längen zu erzeugen. Für jeden solchen Code wird die Funktion
A*A + B*B
außer dem Nullphasendifferenzpeak keine anderen von null verschiedenen Werte aufweisen.
Die bipolaren Codes sind jedoch zur Verwendung in optischen Reflektometrieverfahren, für die unipolare Codes erforderlich sind, ungeeignet, so daß irgendeine Einrichtung verwendet werden muß, um den bipolaren Code in eine unipolare Form umzuwandeln. Das von Nazarathy et al. verwendete Verfahren (supra) hat jedoch den Nachteil, daß die Vorpolarisierung, die auf den bipolaren Code angewendet wurde, um ihn unipolar zu machen, während der Verarbeitung der reflektierten Signale subtrahiert werden muß, wozu die Signale im elektronischen Bereich verarbeitet werden müssen. Dafür müssen die optischen Signale durch einen Photodetektor mit sehr großer Bandbreite erfaßt werden, wenn eine hohe Auflösung erreicht werden soll, die Empfindlichkeit von Photodetektoren ist jedoch hochgradig abhängig von der Bandbreite der Signale (z. B. bei Bitraten in der Größenordnung von 5 Gbit·s 1), so daß der Dynamikbereich des Systems in der Praxis noch immer begrenzt ist, wenn keine Abstriche bei der Auflösung gemacht werden.
Die vorliegende Erfindung basiert auf einem neuartigen Verfahren zum Erzeugen unipolarer Codes zur Verwendung in optischen Reflektometrieverfahren und insbesondere zum Erzeugen unipolarer Golay-Codes mit "perfekten" oder nahezu "perfekten" Autokorrelationsfunktionen. Gemäß einem Aspekt der vorliegenden Erfindung wird eine Vorrichtung zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzes bereitgestellt, mit:
(i) einer Vorrichtung zum Übertragen eines Abfragesignals in das Netzwerk, wobei das Abfragesignal eine einen Code bildende Folge optischer Impulse aufweist; und
(ii) einem Erfassungssystem, das ein in Antwort auf das Abfragesignal vom Netzwerk empfangenes Signal mit einem Referenzsignal korreliert, das durch die Vorrichtung erzeugt wird und einer zeitverzögerten Version des Abfragesignals entspricht; wobei
(a) die Vorrichtung zum Übertragen des Abfragesignals in das optische Netzwerk das Signal in Form einer Folge optischer Impulse erzeugt,. die ein unipolares Golay-Codepaar (A und B) bilden, das durch Ersetzen jedes Bits eines bipolaren Golay-Codepäars in Abhängigkeit von der Polarität des bipolaren Codebits durch eine unipolare 2-Bit-Folge 10 oder 01 gebildet worden ist;
(b) das Erfassungssystem Werte der Autokorrelationsfunktionen der Golay-Paare (A*A) und (B*B) und auch Korrelationsfunktionen jeder der Golay-Komponenten mit ihren Einerkomplementen (A* A) und (B * B) erzeugt; und (c) wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen von Werten der Korrelationsfunktion
[(A*A)-(A*A)]+[(B*B)-(B*B)]
für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Referenzsignals aufweist.
Obwohl eine solche Vorrichtung bereits von C. G. Wallace et al. (lEE Colloquium on Guided Wave Optical Signal Processing; 8. Juni 1995, London; Digest Nr. 1995/128: Electro- Optical Correlation Utilisating a Semiconductor Laser Amplifier for Spread Spectrum Systems) vorgeschlagen wurde, stellt diese Veröffentlichung den nicht schädlichen Stand der Technik gemäß Artikel 55(1)(a) EPC dar.
Der bipolare Code, der verwendet wird, um den unipolaren Code zu bilden, weist daher Codefolgen auf, die ein Golay-Codepaar bilden, und wird in ein unipolares Golay- Codepaar umgewandelt. Beispielsweise können positive Elemente als 10 codiert werden, während negative Elemente als O1 codiert werden können. Daher würde das Codepaar A = 1,1,1,-1 und B = 1,1,-1, 1 zu A = 10101001 und B = 10100110. Natürlich könnten auf Wunsch positive Elemente als Ol und negative Elemente als 10 codiert werden.
Solche unipolaren Golay-Codes haben den Vorteil, daß eine Korrelationsfunktion
[A4 · A) - (A*A)-(A*A)]+[(B*B)-(B*B)] (1)
gebildet werden kann, wobei A und B Folgen sind, die das Golay-Codepaar bilden, das als Abfragesignal verwendet wird, und A und B Einerkomplemente von A bzw. B sind.
Die Autokorrelationsfunktion (1) hat eine nahezu perfekte Form dahingehend, daß sie mit Ausnahme des Nullphasendifferenzpeak und der beiden dazu benachbarten Bits den Wert null hat. Daher können durch Verwendung einer solchen Funktion Reflektoren in einem optischen Netzwerk aufgelöst werden, vorausgesetzt, daß ihre Abstände zur Kopfstelle, wo die Vorrichtung angeordnet ist, sich um einen ausreichenden Wert unterscheiden, so daß ihre Reflexionen um mindestens zwei Bits der modifizierten Golay-Codefolge getrennt sind, und die Tatsache, daß die Autokorrelationsfunktion bei solchen Phasendifferenzen null beträgt, bedeutet, daß Neben- oder Übersprechen wesentlich reduziert ist.
Die Verwendung des unipolaren Codes in der Erfindung hat den Vorteil, daß die Signalverarbeitung im optischen Bereich in Echtzeit ausgeführt werden kann. Daher kann das Erfassungssystem beispielsweise aufweisen:
a) ein UND-Verknüpfungsglied, dem das vom optischen Leitungssystem empfangene Signal und das Referenzsignal zugeführt werden; und
b) eine Integratorschaltung, die das Ausgangssignal des UND-Verknüpfungsglieds (gegebenenfalls nach einer Umwandlung in ein elektrisches Signal) integriert, um einen Wert für die Korrelation des vom optischen Netzwerk empfangenen Signals und des Referenzsignals für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Referenzsignals zu erzeugen.
Im Erfassungssystem kann prinzipiell eine beliebige Form eines UND-Verknüpfungsglieds verwendet werden. Das UND- Verknüpfungsglied kann einen optischen Ausgang (wobei in diesem Fall eine Umwandlung in ein elektrisches Signal erforderlich sein wird), oder einen elektrischen Ausgang aufweisen und kann zwei optische oder elektrische Eingänge oder einen optischen und einen elektrischen Eingang aufweisen. Das Verknüpfungsglied wird jedoch vorzugsweise durch einen Halbleiterlaserverstärker (SLA) gebildet. Wenn dem SLA ein Treiber- oder Steuerstrom zugeführt wird, läßt er das ankommende optische Signal mit Verstärkung durch, während, wenn kein Steuerstrom zugeführt wird, das Signal absorbiert wird. Daher kann die zum Erzeugen des Referenzsignals verwendete Codefolge nach einer geeigneten Zeitverzögerung zum Steuerstromeingang des SLA durchgelassen werden, und der optische Eingang des SLA ist mit dem optischen Leitungssystem verbunden. Das Ausgangssignal des SLA wird einer als Integratorschaltung dienenden Lichtdetektorschaltung oder direkt einer Integratorschaltung zugeführt, beispielsweise kann es einem Leistungsmesser zugeführt werden. Die Verwendung eines SLA als UND-Verknüpfungsglied hat den Vorteil, daß er nicht nur in der Lage ist, einen Schaltvorgang mit einer für die erforderliche Bitrate geeigneten Geschwindigkeit auszuführen, sondern daß er auch einen hohen Verstärkungsgrad (z. B. 12 dB Faser-Faser-Verstärkung) bereitstellt, so daß die relative Unempfindlichkeit des Photodetektors bei diesen Bitraten reduziert wird. Außerdem sind SLAs, anders.als integrierte optische Modulatoren, deren Verwendung von A1-Raweshidy et al. (Optics Communication Vol. 81, (1991), Seiten 171-174) beschrieben ist, die nicht geeignet schalten, wenn die Polarisation des reflektierten Signals nicht korrekt ist, polarisationsunempfindlich, so daß sie unabhängig von der Polarisation des reflektierten Lichts arbeiten werden.
Die Integratorschaltung kann eine beliebige herkömmliche Integratorschaltung mit einer Zeitkonstante sein, die größer ist als die Zeitdauer, während der eine Codefolge des Signals vom optischen Leitungssystem empfangen wird, und wird normalerweise unter Verwendung eines Photodetektors mit kleiner Bandbreite bereitgestellt. Das Ausgangssignal der Integratorschaltung wird daher ein Gleichspannungssignal sein, dessen Pegel dem Wert der Korrelationsfunktion des zeitverzögerten Referenzsignals und des reflektierten Signals bei einer beliebigen vorgegebenen Zeitverzögerung entspricht. Durch ein solches Erfassungssystem wird eine sehr einfache Einrichtung zum Erzeugen von Korrelationsfunktionswerten mit hoher Geschwindigkeit bereitgestellt, weil kein, oder nur ein geringer digitaler Rechenaufwand erforderlich ist. Jegliche Gleichspannungskomponente des SLA und jegliches im System erzeugte Rauschen werden aufgrund der Eigenschaften der vorstehenden Autokorrelationsfunktion (1) wesentlich reduziert.
Die Impulsrate der Codefolge sollte ausreichend hoch sein, um eine geeignete Auflösung zu erhalten, sie sollte z. B. im Bereich von 10~ bis 101º Bits 1 liegen, und die Anzahl der einzelnen Impulse in der Impulsfolge sollte ausreichend sein, um zu ermöglichen,, daß jeder Reflektor im System eindeutig identifizierbar ist. Daher sollte die Codefolge ausreichend lang sein, so daß der Beginn der vom am weitesten beabstandeten Punkt im optischen Leitungssystem reflektierten Folge durch das Erfassungssystem empfangen wird, wenn oder bevor das Ende der Codefolge übertragen wird. Hinsichtlich jedes Golay-Codes, z. B. des Codes A, kann die Autokorrelation (A*A) und die Korrelation mit seinem Komplement (A*A) sequentiell oder gleichzeitig ausgeführt werden, sie wird jedoch vorzugsweise gleichzeitig ausgeführt (wobei in diesem Fall für A*A und A*A separate Erfassungssysteme erforderlich sind), wobei das Komplement A erzeugt wird, indem das zeitverzögerte Referenzsignals durch einen Invertierer geleitet wird, der Bits mit dem Wert 1 durch null ersetzt und umgekehrt, oder das Komplement wird alternativ als separater Code erzeugt. Eine Integratorschaltung wird verwendet, um Werte für jede von zwei Korrelationen zu erhalten, und dann wird ein Wert vom anderen subtrahiert. Das Verfahren wird dann für die Golay-Komponente B wiederholt, und die erhaltenen Werte werden daraufhin addiert, um die Werte für die vollständige Autokorrelationsfunktion (1) zu erhalten. Die Anzahl von zum Erzeugen der einzelnen Werte der Autokorrelationsfunktion (1) erforderlichen Rechenschritten wird daher minimal gehalten, so daß die Werte mit sehr hohen Signalbitraten (und daher mit hoher Auflösung) in Echtzeit erhalten werden können.
Ein weiterer Vorteil der Signalcodierung ist der sehr hohe Tastgrad (50%), durch den ein hoher Störabstand des reflektierten Signals gewährleistet wird.
Obwohl der Wert der Autokorrelationsfunktion für eine vorgegebene Phasendifferenz sehr schnell und einfach erzeugt werden kann, wird es normalerweise zeitaufwendig sein, die vollständige Autokorrelationsfunktion des reflektierten Signals zu erzeugen, um das gesamte Netzwerk abzubilden, weil das Abfragesignal (in Abhängigkeit von, der Größe des Netzwerks) typischerweise in der Größenordnung von 105 bis 106 oder mehr einzelne Bits enthält. Glücklicherweise wird dies für Systemverwaltungszwecke nur selten notwendig sein, nachdem irgendein System eingeschaltet wurde, und normalerweise ist es lediglich erforderlich, die Intensität des von jedem der überwachten Reflektoren im Netzwerk reflektierten Signals zu beobachten, z. B. für jeden der Endbenutzer, und gegebenenfalls von jedem weiteren Reflektor, der an Verzweigungspunkten des Systems angeordnet ist. Wenn das Reflexionsmuster des Leitungssystems einmal bekannt ist, können die zum Beobachten der Reflektoren erforderlichen Zeitverzögerungen in einem Speicher gespeichert werden, und die einzelnen Reflektoren können daher abgefragt werden, ohne daß die übrigen Abschnitte des Systems beobachtet werden müssen. Wenn in einem nicht überwachten Abschnitt des Leitungssystems ein Systemfehler auftritt, wenn z. B. in einem Bereich zwischen einem Paar Fresnelreflektoren eine hohe Signaldämpfung auftritt, wird dies zu einer Änderung der relativen Intensitäten der von den Reflektoren auf beiden Seiten des Fehlers erhaltenen Peaks führen, wobei in diesem Fall die Korrelationsfunktion für diesen Abschnitt des Systems zwischen den Reflektoren erzeugt werden kann, um den Fehler zu lokalisieren. Weil gemäß diesem Verfahren nur ein kleiner Teil des Leitungssystems beobachtet wird, wird nur ein Bruchteil der Zeit benötigt, die erforderlich wäre, um das Leitungssystem als Ganzes zu beobachten.
Das Ausgangssignal des Detektors der Erfassungsvorrichtung wird ein elektrisches Gleichspannungssignal oder ein optisches Signal sein, das dem Wert der Korrelationsfunktion des Referenzsignals und der Reflexion für eine vorgegebene Phasendifferenz proportional ist. Wenn jedoch ein SLA als UND-Verknüpfungsglied verwendet wird, wird er aufgrund einer verstärkten spontanen Emission eine hohe Gleichspannungskomponente aufweisen, so daß es in einigen Fällen geeignet·sein kann, das gewünschte Ausgangssignal des SLA vom Gleichspannungspegel weg zu verschieben. Dies kann erreicht werden, indem dem hochfrequenten Code am Lasereingang eine niederfrequente Sinuswelle überlagert wird. Das Ausgangssignal der Korrelation kann dann unter Verwendung eines wechselspannungsgekoppelten Detektors mit einem synchronisierten Verstärker gemessen werden. Die Verwendung der Autokorrelationsfunktion (1) hat, wie vorstehend erwähnt, den Vorteil, daß alle durch den SLA erzeugten Gleichspannungskomponenten sich gegenseitig aufheben, so daß eine viel einfachere Gleichspannungsschaltung verwendbar ist.
Gemäß einem noch anderen Aspekt wird durch die Erfindung ein Verfahren zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzwerks bereitgestellt, mit den Schritten:
(i) Übertragen eines Abfragesignals in das optische Netzwerk, wobei das Abfragesignal eine Folge optischer Impulse aufweist, die ein unipolares Golay-Codepaar (A und B) bilden, das durch Ersetzen jedes Bits eines bipolaren Golay- Codepaars in Abhängigkeit von der Polarität des bipolaren Codebits durch eine unipolare 2-Bit-Folge 10 oder 01 gebildet worden ist;
(ii) Erfassen des in Antwort auf das Abfragesignal vom Leitungssystem empfangenen Signals und Korrelieren des vom Leitungssystem empfangenen Signals mit einem Referenzsignal, das einer zeitverzögerten Version des Abfragesignals entspricht, um Werte der Autokorrelationsfunktionen der Golay- Paare (A*A) und (B*B) und auch Korrelationsfunktionen jeder der Golay-Komponenten mit ihren Einerkomplementen (A*A) und (B*B) zu erzeugen; und
(iii) Erzeugen von Werten der Korrelationsfunktion [(A*A)-(A*A)]+[(B*B)-(B*B)]
für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Abfragesignals.
Der hohe Tastgrad und das geringe Neben- oder Übersprechen, die unter Verwendung der erfindungsgemäßen unipolaren Codes möglich sind, ermöglichen, daß bei relativ niedrigem Störabstand ein besserer Kompromiß zwischen Dynamikbereich und Auflösung erreichbar ist. Ohne Optimierung wurde ein Zweiweg-Dynamikbereich von 36 dE erhalten, der daher in Verbindung mit einem passiven optischen Netzwerk (PON) mit 64 Endbenutzern verwendbar wäre. Mit Optimierung ist vorstellbar, daß die Erfindung zum Prüfen passiver optischer Netzwerke mit 500 oder mehr Endbenutzern verwendbar wäre.
Die erfindungsgemäße Vorrichtung und das erfindungsgemäße Verfahren sind nicht auf die Verwendung in Reflektometrieverfahren zum Überwachen von Lichtwellenleiternetzwerken beschränkt, sondern können in Systemen verwendet werden, die Durchsatzsensoren aufweisen, z. B. in symmetrischen oder Kettensensornetzwerken.
Die vorliegende Erfindung wird nachstehend anhand eines Beispiels unter Bezug auf die beigefügten Zeichnungen beschrieben; es zeigen:
Fig. 1 ein schematisches Funktionsdiagramm zum Darstellen der Bildung der Autokorrelationsfunktion eines Paars von Golay-Codes;
Fig. 2 ein schematisches Diagramm zum Darstellen der Bildung der Autokorrelationsfunktion eines Paars modifizierter unipolarer Golay-Codes;
Fig. 3 ein schematisches Diagramm zum Darstellen des Aufbaus einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum Abfragen eines optischen Leitungssystems; und
Fig. 4 ein schematisches Diagramm zum Darstellen eines alternativen Sensoraufbaus.
Fig. 1 zeigt die Autokorrelationsfunktion eines bipolaren Golay-Codes A und seines Golay-Komplements B. Jeder Code ist ein 8 Bit-Code, wobei Code A die Form 1 1 1 -1 1 1 -1 l und sein Komplement B die Form 1 1 1 -1 -1 -1 1 -1 hat. Wenn Codes individuell autokorreliert werden, weist jede Autokorrelation einen Nullphasenpeak 1 und außerdem mehrere Erhöhungen 2 und 4 auf. Diese Erhöhungen in den beiden Autokorrelationen A*A und B*B haben entgegengesetzte Polarität, so daß, wenn sie addiert werden, um (A*A) + (B*B) zu erzeugen, eine "perfekte" Autokorrelation gebildet wird, die mit Ausnahme des Nullphasenpeaks 1 überall den Wert null hat. Während solche Codes für elektrische Signale verwendbar sind, sind sie für optische Signale, die nur unipolar sein können, ungeeignet. Daher werden die bipolaren Codes erfindungsgemäß in eine unipolare Form modifiziert oder vorcodiert, indem beispielsweise jedes Element 1 durch das Bitpaar 10 und jedes Element -1 durch das Bitpaar O1 ersetzt wird, so daß beispielsweise der bipolare Code A ein 16 Bit- Code der Form 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 0 110 werden würde. Außer dem modifizierten Golay-Paar A und B werden ihre Einerkomplemente A und B gebildet, indem jede null im modifizierten Code durch 1 ersetzt wird und umgekehrt. Die vier derart gebildeten Komponenten können durch die Autokorrelationsformel (1) autokorelliert werden:
[(A*A)-(A*A)]+[(B*B)-(B*B)], (1)
um eine in Fig. 2 dargestellte, nahezu perfekte Autokorrelation zu erhalten. Diese Figur zeigt in (a) die Autokorrelation (A*A) - (A*A) eines der Golay-Codes für einen modifizierten Code von 32 Bit, und in (b) die Autokorrelation (B*B) - (B*B) des Golay-Komplements von A. Wenn die beiden Autokorrelationsfunktionen addiert werden, um die in (c) dargestellte vollständige Autokorrelation zu erhalten, heben sich alle von null verschiedenen Erhöhungen mit Ausnahme einer Erhöhung 6 auf, die auf beiden Seiten des Nullphasendifferenzpeaks 1 angeordnet und diesem benachbart sind.
Fig. 3 zeigt eine Ausführüngsform einer Vorrichtung, die diese Form einer modifizierten Golay-Codierung verwendet. Die Vorrichtung wird verwendet, um ein passives optisches Netzwerk 10 abzufragen, das lediglich in Form mehrerer Reflektoren 12, die Endbenutzer usw. darstellen, einer Vermittlungsstelle oder einer Kopfstelle 14 und eines diese Einrichtung verbindenden Lichtwellenleiters dargestellt ist. Im Bereich der Vermittlungsstelle ist eine Vorrichtung zum Abfragen des Netzwerks angeordnet, die einen durch einen Mikrocomputer 20 gesteuerten Impulsmustergenerator (PPG) 18 aufweist, der alternierende unipolare Golay-Codepaare erzeugt und sie an einen Laser 22 überträgt. Der Laser 22 überträgt die modifizierten Golay-Codes mit einer geeigneten Wellenlänge in die optische Leitung 16. Das durch das passive optische Netzwerk reflektierte Signal wird durch einen Halbleiterlaserverstärker 24 empfangen, dessen Ausgangssignal über ein Bandpaßfilter 26, der dazu dient, durch den SLA erzeugtes Rauschen zu reduzieren, einem Leistungsmesser 28 zugeführt wird. Der PPG 18 erzeugt außerdem eine zeitverzögerte Version des codierten Abfragesignals, die über eine Leitung 30 dem elektrischen Steuerstromeingang des Verstärkers 24 zugeführt wird, so daß der Verstärker als ein UND- Verknüpfungsglied dient, dessen Ausgangssignal eine verstärkte Version des mit dem zeitverschobenen Anfangssignal UND-verknüpften reflektierten Signals ist. Das Ausgangssignal wird durch ein Filter 26 optisch gefiltert und durch eine herkömmliche Photodetektorschaltung (nicht dargestellt) in ein elektrisches Signal umgewandelt, und das Signal wird dann einem Leistungsmesser 28 zugeführt. Der Leistungsmesser 28 weist eine Integratorschaltung auf, die in der einfachsten Form durch eine RC-Tiefpaßfilterschaltung gebildet wird, deren Zeitkonstante jedoch größer ist als die Zeitdauer, die erforderlich ist, um eine vollständige modifizierte Golay-Komponente zu übertragen. Der Ausgangswert des Signals vom Leistungsmesser wird eine Addition der Bits des reflektierten Signals, UND-verknüpft mit der zeitverzögerten Version des Signals bilden, und wird daher einen Wert der Korrelationsfunktion des Abfragesignals und seiner Reflexion für einen Wert der Phasendifferenz bilden. Dieser Wert wird dann im Mikrocomputer 20 gespeichert.
Wenn die bevorzugte Autokorrelationsfunktion (1) erzeugt werden soll, müssen die Komplemente A und B jeder der Golay-Komplemente erzeugt und mit dem reflektierten Signal korreliert werden. Dies kann gemäß Fig. 4 gleichzeitig erreicht werden, indem das reflektierte Signal durch einen 3 dB-Koppler 40 geteilt und einem Paar parallele Halbleiterlaserverstärker 42 und 44 zugeführt wird, von denen einer durch das Referenzsignal A und der andere durch sein Komplement A gesteuert wird, wenn der Code A das Eingangslichtsignal ist. Die erhaltenen Signale werden gefiltert und durch Photodetektorschaltungen oder Leistungsmesser 46 und 48 in elektrische Signale umgewandelt und dann für eine Signalverarbeitung in einem Personalcomputer (PC) aufgezeichnet.

Claims

1. Vorrichtung zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzwerks (10) mit:

(i) einer Vorrichtung (18, 20, 22) zum Übertragen eines Abfragesignals in das Netzwerk, wobei das Abfragesignal eine einen Code bildende Folge optischer Impulse aufweist; und

(ii) einem Erfassungssystem (24, 26, 28), das ein in Antwort auf das Abfragesignal vom Netzwerk empfangenes Signal mit einem Referenzsignal korreliert, das durch die Vorrichtung (18) erzeugt wird und einer zeitverzögerten Version des Abfragesignals entspricht; wobei

(a) die Vorrichtung (18, 20, 22) zum Übertragen des Abfragesignals in das optische Netzwerk das Signal in Form einer Folge optischer Impulse erzeugt, die ein unipolares Golay-Codepaar (A und B) bilden, das durch Ersetzen jedes Bits eines bipolaren Golay-Codepaars in Abhängigkeit von der Polarität des bipolaren Codebits durch eine unipolare 2-Bit-Folge 10 oder O1 gebildet worden ist;

(b) das Erfassungssystem (24, 26, 28) Werte der Autokorrelationsfunktionen der Golay-Paare (A*A) und (B*B) und auch Korrelationsfunktionen jeder der Golay- Komponenten mit ihren Einerkomplementen (A*A) und (B*B) erzeugt; und

(c) wobei die Vorrichtung eine Einrichtung zum Erzeugen von Werten der Korrelationsfunktion

UA*A)-(A*A)1+UB*B)-(B*S)

für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Referenzsignals aufweist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das Erfassungssystem aufweist:

a) ein UND-Gatter (24), dem das vom optischen Leitungssystem zugeführte Signal und das Referenzsignal zugeführt werden; und

b) eine Integratorschaltung (28), die das Ausgangssignal des UND-Gatters (gegebenenfalls nach einer Umwandlung in ein elektrisches Signal) integriert, um einen Wert für die Korrelation des vom optischen Netzwerk empfangenen Signals und des Referenzsignals für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Referenzsignals zu erzeugen.

3. Vorrichtung nach Anspruch 2, wobei die Integratorschaltung (28) ein RC-Tiefpaßfilter mit einer Zeitkonstante aufweist, die größer ist als die Zeitdauer zum Übertragen eines vollständigen Abfragesignals.

4. Vorrichtung nach Anspruch 2 oder 3, wobei das UND- Gatter einen Halbleiterlaserverstärker (24) aufweist, der das vom Netzwerk (10) empfangene Signal verstärkt und durch das Referenzsignal mit Leistung versorgt wird.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 2 bis 4, wobei das UND-Gatter (42) parallel zu einem weiteren UND-Gatter (44) angeordnet ist, dem das vom Netzwerksystem (10) empfangene Signal und ein Komplement des Referenzsignals zugeführt wird.

6. Verfahren zum Abfragen eines Lichtwellenleiternetzwerks (10) mit den Schritten:

(i) Übertragen eines Abfragesignals in das optische Netzwerk, wobei das Abfragesignal eine Folge optischer Impulse aufweist, die ein unipolares Golay- Codepaar (A und B) bilden, das durch Ersetzen jedes Bits eines bipolaren Golay-Codepaars in Abhängigkeit von der Polarität des bipolaren Codebits durch eine unipolare 2-Bit-Folge 10 oder Ol gebildet worden ist;

(ii) Erfassen des in Antwort auf das Abfragesignal vom Leitungssystem empfangenen Signals und Korrelieren des vom Leitungssystem empfangenen Signals mit einem Referenzsignal, das einer zeitverzögerten Version des Abfragesignals entspricht, um Werte der Autokorrelationsfunktionen der Golay-Paare (A*A) und (B*B) und auch Korrelationsfunktionen jeder der Golay-Komponenten mit ihren Einerkomplementen (A*A) und (B*B) zu erzeugen; und

(iii) Erzeugen von Werten der Korrelationsfunktion

[(A*A)-(A*A)]+[(B*B)-(B*B)]

für eine vorgegebene Zeitverzögerung des Abfragesignals.

7. Verfahren nach Anspruch 6, wobei das optische Leitungssystem mehrere Reflektoren (12) aufweist, und wobei die Zeitverzögerung variiert wird, um die Reflektoren des Systems abzufragen.

8. Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, wobei das optische Netzwerk (10) ein passives optisches Netzwerk für Telekommunikationen ist und mindestens 500 Endbenutzer aufweist.